淺談建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)

內(nèi)蒙古呼和浩特市大學(xué)西街71號(hào)銀都大廈B座三層 侯婭楠收 13789418025

摘要:最近幾年我國(guó)和世界地震災(zāi)害頻發(fā)，在給人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大損害的同時(shí)，也再次警醒建筑抗震性能的重要性。建筑物的破壞是地震災(zāi)害破壞城市的主要形式，也是人們生命財(cái)產(chǎn)安全損失的主要原因。因此，在建筑設(shè)計(jì)中注重抗震設(shè)計(jì)，成為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)專業(yè)的一個(gè)重要研究課題。本文分析了地震對(duì)建筑的破壞機(jī)理，并從建筑的平面設(shè)計(jì)、立面和造型設(shè)計(jì)、豎向布置設(shè)計(jì)、防震縫的設(shè)置等角度闡述了建筑方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:建筑方案；抗震設(shè)計(jì)；地震災(zāi)害

1 建筑抗震設(shè)計(jì)的意義

如果建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)方案沒(méi)有很好地考慮抗震要求，甚至違背了建筑抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則，致使方案存在嚴(yán)重的抗震薄弱部位，則會(huì)給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)較多困難。因此，建筑師要在建筑方案、初步設(shè)計(jì)階段時(shí)就考慮抗震的要求，從整體上把握建筑的綜合抗震能力，則結(jié)構(gòu)工程師就可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布以及相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)受力與變形比較均勻協(xié)調(diào)，使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高。

2 地震對(duì)建筑的破壞機(jī)理

地震是由于地下深處巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)把長(zhǎng)期積累起來(lái)的能量瞬時(shí)急劇釋放出來(lái)，以地震波的形式向四面八方傳播出去，從而在一定范圍內(nèi)引起地面振動(dòng)的現(xiàn)象。建筑物位于地球表面，建筑物受地震破壞的方式主要受地震波的傳播方式影響。地震波的傳播方式有三種:縱波、橫波、面波。

1)縱波是推進(jìn)波，它使地面發(fā)生上下振動(dòng)，建筑物便隨之上下顛簸，力量非常大，使底層承重的柱子或墻突然增加很大的動(dòng)荷載，加之上部建筑物的自重壓力，若超出底層墻、柱的承載能力，柱、墻就會(huì)垮掉，從而引發(fā)上層建筑的連續(xù)倒塌;

2)橫波是剪切波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動(dòng);

3)面波是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波，其波長(zhǎng)大、振幅強(qiáng)，只能沿地表面?zhèn)鞑ィ@兩種波使建筑物水平搖擺，相當(dāng)于對(duì)建筑物沿水平方向施加了一個(gè)來(lái)回反復(fù)的作用力。若底部柱、墻的強(qiáng)度或變形能力不夠，就會(huì)使整棟建筑物向同一方向歪斜或傾倒。這種破壞方式在震區(qū)較常見(jiàn)，是造成建筑物強(qiáng)烈破壞的主要因素。很多時(shí)候，三種波同時(shí)發(fā)生作用，引起建筑物的扭轉(zhuǎn)，而建筑物的抗扭能力通常較差，很容易扭壞。震區(qū)有的建筑物角部坍塌，便多屬于這種情況。

3 建筑方案設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

建筑設(shè)計(jì)三原則即“建筑的原則應(yīng)當(dāng)是能夠保持堅(jiān)固、適用和美觀”。其中，堅(jiān)固不僅是指建筑對(duì)豎向荷載的承受能力，還應(yīng)包括抵抗水平荷載如風(fēng)荷載和地震災(zāi)害的能力。新頒布的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定:建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施，特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施;嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。因?yàn)楹?jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng)，也就容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。以下筆者就從建筑的平面設(shè)計(jì)、立面和造型設(shè)計(jì)、豎向布置設(shè)計(jì)、防震縫的設(shè)置等角度探討建筑方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

3.1 建筑的平面設(shè)計(jì)

建筑的平面布置是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中十分重要的部分，它直接反映了建筑的使用功能和要求。其中，柱子的距離、橫墻的布置、空間活動(dòng)面積的大小特別是無(wú)柱大空間的布置、樓電梯的位置、陽(yáng)臺(tái)出挑尺寸的大小、錯(cuò)層或躍層的室內(nèi)設(shè)計(jì)、飄窗和大落地窗的設(shè)計(jì)等都會(huì)影響到建筑物的抗震性能。建筑的平面布置設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震影響很大，從概念上要解決的一個(gè)核心問(wèn)題是:建筑平面布置設(shè)計(jì)上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對(duì)稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。因此，要使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中的作用，并為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。

3.2 立面和造型設(shè)計(jì)

建筑的立面和造型設(shè)計(jì)往往是建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)的難點(diǎn)，因?yàn)橹苯雨P(guān)系到建筑建成后呈現(xiàn)出來(lái)的外觀效果。建筑造型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。歷次震害表明，許多平面形狀復(fù)雜(如平面上大量的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過(guò)多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等)的部位在地震中都遭到了不同程度的破壞，是建筑物抗震性能較差的“軟肋”部分。而那些平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則、“中規(guī)中矩”的建筑在地震中卻未出現(xiàn)較重的破壞，有的甚至保持完好無(wú)損。同樣，沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)也會(huì)造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則:在平面形狀上，矩形、圓形、扇形、方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō)都是較好的體型，盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對(duì)稱的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的伸翼;在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，使建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致，避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

3.3 豎向布置設(shè)計(jì)

建筑的豎向布置設(shè)計(jì)問(wèn)題在建筑設(shè)計(jì)中主要反映在建筑沿高度(樓層)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布設(shè)計(jì)上。無(wú)論是在單層、多層還是高層建筑中，這個(gè)問(wèn)題都是不容忽視的。存在這個(gè)問(wèn)題的原因主要是由于建筑使用功能的不同要求形成了建筑物沿高度分布的質(zhì)量和剛度的不均勻、不協(xié)調(diào)。例如底層或下面幾層是商場(chǎng)、購(gòu)物中心或酒店，建筑上要求柱距大，空間大，墻少柱多;而上面的樓層則是開(kāi)間較小的寫(xiě)字樓或公寓樓，空間上以墻為主，柱很少。這樣就使上下樓層的質(zhì)量和剛度相差過(guò)大，形成突變，并且在剛度最差的樓層形成對(duì)抗震極為不利的抗震承載力不足和變形很大的薄弱層。這是在建筑設(shè)計(jì)中必須高度重視的問(wèn)題。

3.4 合理設(shè)置防震縫

建筑抗震性能的強(qiáng)弱很大程度上取決于這個(gè)建筑的整體剛度和整體穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)，建筑的形狀和體型越規(guī)則則抗震性能越強(qiáng)，反之其抗震性能就越差。但是從建筑的美學(xué)角度出發(fā)，建筑設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行方案創(chuàng)作時(shí)不可避免地會(huì)在平面、立面和造型處理上做一些變化。這個(gè)時(shí)候就應(yīng)當(dāng)盡量在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，將建筑物分割成若干個(gè)體型相對(duì)規(guī)則、結(jié)構(gòu)剛度均勻的獨(dú)立單元，以防止在地震力的作用下由結(jié)構(gòu)剛度和體型差異而引起的結(jié)構(gòu)破壞。通常，防震縫的設(shè)置部位一般在建筑物立面高差大于6 m時(shí);建筑物有錯(cuò)層，且錯(cuò)層高差較大時(shí);建筑物各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同時(shí)。當(dāng)因建筑原因不宜留防震縫時(shí)，也應(yīng)留混凝土后澆帶。

4 結(jié)語(yǔ)

地震是一種隨機(jī)性振動(dòng)，它有著難以把握的復(fù)雜性和不確定性。到目前為止，人類的科技水平還不能進(jìn)行短期或臨震預(yù)報(bào)，也就無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)算建筑物在遭遇地震時(shí)的各項(xiàng)變形參數(shù)，而且單靠計(jì)算也很難確保房屋具有足夠的抗震性能。因此，在建筑的方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)盡可能在兼顧建筑造型，又滿足使用功能要求的前提下，將建筑的抗震問(wèn)題融入考慮，得到一個(gè)美觀的、適用的、結(jié)構(gòu)合理科學(xué)的方案，真正實(shí)現(xiàn)我們國(guó)家規(guī)定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

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