基于當(dāng)前建筑的抗震設(shè)計探討

摘要：當(dāng)前，隨著各地地震災(zāi)害的多發(fā)，給你們帶來了精神及物質(zhì)方面的損失，尤其是四川汶川、青海玉樹的高震級地震，給人們造成了巨大傷害。因此，對于抗震設(shè)計的研究越來越受到建筑界專業(yè)人士的關(guān)注。本文也是通過查閱大量的文獻資料，并結(jié)合當(dāng)前的實際進行分析，提出在建筑方案設(shè)計應(yīng)注意的問題，為優(yōu)化當(dāng)前建筑抗震設(shè)計提供一定的參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑；地震；抗震設(shè)計

1 地震對建筑的破壞

要想針對震害做出正確的抗震設(shè)計，使建筑能有效地抵抗地震帶來的破壞，就必須首先了解地震對建筑物的破壞機理。地震是由于地下深處巖石破裂、錯動把長期積累起來的能量瞬時急劇釋放出來，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)縱波是推進波，它使地面發(fā)生上下振動，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荷載，加之上部建筑物的自重壓力，若超出底層墻、柱的承載力，柱、墻就會垮掉，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；

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，其波長大、振幅強，只能沿地表面?zhèn)鞑ィ@兩種波使建筑物水平搖擺，相當(dāng)于對建筑物沿水平方向施加了一個來回反復(fù)的作用力。若底部柱、墻的強度或變形能力不夠，就會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，是造成建筑物強烈破壞的主要因素。

很多時候，三種波同時發(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。

2 抗震建筑方案設(shè)計策略

以下本人就從建筑的平面設(shè)計、立面和造型設(shè)計、豎向布置設(shè)計、防震縫的設(shè)置等角度探討建筑方案設(shè)計階段應(yīng)注意的幾個問題。

(一)建筑的平面設(shè)計

建筑的平面布置是整個建筑設(shè)計中十分重要的部分，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、空間活動面積的大小特別是無柱大空間的布置、樓電梯的位置、陽臺出挑尺寸的大小、錯層或躍層的室內(nèi)設(shè)計、飄窗和大落地窗的設(shè)計等都會影響到建筑物的抗震性能。例如，由于建筑使用功能不同，每個樓層的房間布置有可能有較大差異，導(dǎo)致部分外圍填充墻和內(nèi)隔墻的位置不對稱、不協(xié)調(diào)，打斷了荷載傳遞的連續(xù)性，使建筑物在地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。

還有的建筑物，其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側(cè)，結(jié)果在地震中造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴重破壞。這是因為電梯井筒具有極大的抗側(cè)力剛度，吸引了地震作用的主要部分。也有的建筑物，在平面布置上一側(cè)的墻體很多，而另一側(cè)的墻體稀少，或是在房間的功能分配上兩側(cè)的差異很大，這就造成平面上剛度分布的很不對稱，質(zhì)量分布也偏心，使結(jié)構(gòu)的受力和變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)，對抗震不利。

由此可見，建筑的平面布置設(shè)計對建筑抗震影響很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設(shè)計上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

(二)立面和造型設(shè)計

建筑的立面和造型設(shè)計往往是建筑方案設(shè)計時的難點，因為直接關(guān)系到建筑建成后呈現(xiàn)出來的外觀效果。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。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、側(cè)翼的過多伸懸、不對稱的側(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)則在地震時也會造成震害。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)計中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規(guī)則：在平面形狀上，矩形、圓形、扇形、方形等對抗震來說都是較好的體型，盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對稱的側(cè)翼和過長的伸翼；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)生因體型不對稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

(三)豎向布置設(shè)計

建筑的豎向布置設(shè)計問題在建筑設(shè)計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)計上。無論是在單層、多層還是高層建筑中，這個問題都是不容忽視的。存在這個問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、購物中心或酒店，建筑上要求柱距大，空間大，墻少柱多；而上面的樓層則是開間較小的寫字樓或公寓樓，空間上以墻為主，柱很少。這樣就使上下樓層的質(zhì)量和剛度相差過大，形成突變，并且在剛度最差的樓層形成對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)計中必須高度重視的問題。在實際工程設(shè)計中，在建筑使用功能不同的情況下，很可能出現(xiàn)上下相鄰樓層的墻體不對齊，柱子不對齊，墻體不連續(xù)，不到底；上層墻多，下層墻少；上層有柱，下層無柱等，使地震力的傳遞受阻或不通；抗震用的剪力墻設(shè)置不能直通到底層、布置嚴重不對稱或數(shù)量太少。所有這些布置都將給建筑物帶來地震作用分布的不均勻、不對稱和對建筑物很不利的扭轉(zhuǎn)作用。多次大震害表明，建筑物豎向樓層剛度的過大變化，容易給建筑物造成很多破壞，甚至導(dǎo)致整個樓層的垮塌。例如：在2008年的汶川大地震中，也有許多底層框架的磚混建筑由于底層框架的剛度遠小于上部結(jié)構(gòu)，在地震作用下底層框架變形集中損傷嚴重，成為整個結(jié)構(gòu)的軟弱樓層而造成嚴重震害。因此，盡可能使墻、柱上下連續(xù)貫通，使剪力墻布置均勻并使其直通到建筑物底部，以避免樓層因剛度不均勻而在地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

(四)合理設(shè)置防震縫

建筑抗震性能的強弱很大程度上取決于這個建筑的整體剛度和整體穩(wěn)定性。由此可見，建筑的形狀和體型越規(guī)則則抗震性能越強，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)計人員在進行方案創(chuàng)作時不可避免地會在平面、立面和造型處理上做一些變化。這個時候就應(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體型相對規(guī)則、結(jié)構(gòu)剛度均勻的獨立單元，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6m時；建筑物有錯層，且錯層高差較大時；建筑物各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量截然不同時。當(dāng)因建筑原因不宜留防震縫時，也應(yīng)留混凝土后澆帶。

3 結(jié)語

地震是一種隨機性振動，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行短期或臨震預(yù)報，也就無法準(zhǔn)確預(yù)算建筑物在遭遇地震時的各項變形參數(shù)，而且單靠計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，將建筑的抗震問題融入考慮，得到一個美觀的、適用的、結(jié)構(gòu)合理科學(xué)的方案，真正實現(xiàn)我們國家規(guī)定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

參考文獻

[1]包世華，方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004

[2]趙西安.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑出版社，2006

[3]陳瑜，付悅.關(guān)于建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生抗震概念設(shè)計的教學(xué)研究[J].華中建筑，2009(12)：197-198