淺談建筑結構設計中的抗震功能

肖航

摘要：建筑的抗震功能越來越引起人們的重視，尤其是在我國經歷過幾次較大的地震災害之后，無論是商品房還是公共建筑，其抗震等級都受到人們極大的關注。在本篇文章中，作者僅從建筑結構設計的層面出發，淺談建筑的結構設計對其本身抗震功能的貢獻，希望能夠與廣大建筑設計同行進行業務和專業上的交流。

關鍵詞：結構設計、建筑抗震、貢獻

近些年來，隨著我國國民經濟的快速發展，建筑作為一個突出的展示我國經濟發展速度的一個指標被世人所矚目。然而，在人們為了一棟棟拔地而起的建筑而津津樂道的時候，對于建筑各方面的擔心開始浮出水面。拋開建筑本身的質量不談，單從建筑本身的結構設計方面出發，出于對抗震安全性的考慮，很多建筑的安全性也值得我們商榷。現代社會，隨著各式各樣形形色色的建筑興起的同時，人們對于安全的考量達到了前所未有的高度，特別是在2008年5月12日汶川和2010年4月14日發生特大地震以后，房屋和建筑的抗震功能也被提到了前所未有的高度。

一、建筑抗震結構設計的概念

在我國，現行的《建筑結構可靠度設計統一標準》（GB50068-2001）采用以概率理論為基礎的結構極限狀態為建筑的設計準則，從而使得建筑結構的設計得以符合技術先進、經濟合理、安全適用的原則，這其中對不地震安全的考量占據了很大的篇幅。從現實的情況來看，建筑本身是一個龐大復雜的系統，在遇到極具隨機性、不確定性和復雜性的地震災害的時候，其被破壞的過程和機理十分復雜。再加上與結構相關的空間作用、非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素帶來的不確定性，使得單純依賴“計算設計”來解決問題變得難上加難。因此，考慮建筑的抗震特性設計必須立足與工程抗震基本理論與實際抗震的經驗總結來進行建筑的抗震設計，既要注意總體布置上的大原則，又應該顧及到關鍵部位的細節構造，從根本上提高結構的抗震能力。一句話，建筑的抗震機構依賴于理論聯系實際，大原則結合小細節。

二、建筑抗震設計的基本原則

建筑抗震設計是目前全球建筑業共同關注的熱門話題，隨著在建和設計中的高樓越來越高，形狀越來越超前，這一話題必然會持續升溫。目前，國內外通用的建筑抗震設計有幾個大的原則必須遵循。

1、合理的工程選址

對于建筑抗震首先是對地基的考慮，只有一座建筑的地基穩固，才能保證建筑本身的抗震能力。地基的穩固在很大程度上又依賴于工程選址的合理性。因此，在進行建筑設計之初，必須對選址的地形地貌尤其是地質情況進行全面了解。例如，在上海這樣的江河沖積而成的三角洲地帶，由于地質比較松軟，不適于進行超高摩天大樓的建設，單純通過對建筑結構的調整來進行抗震能力的提升，理論和實際上都是不可行的。通常，理想的建筑場地為開闊平坦地帶的堅硬場地土或密實均勻中硬場地土。工程選址通常被放到建筑設計的第一步進行考慮，足見其重要性。

2、建筑的整體結構

通常，越是簡單的結構，其抗震的效果越好。但是隨著經濟的發展和人們審美觀點的變遷，對于建筑本身的形狀要求越來越高，越來越多的建筑在追求與眾不同和新奇的外觀，這不僅是對建筑本身難度的提升，同時也為建筑的抗震效果提出了很大的挑戰。進行建筑結構和形狀的設計時，簡單、規則、對稱結構容易準確計算其地震反應，可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑，容易采取抗震構造措施和進行細部處理。另外，簡單和規則意味著建筑外觀的大方，再輔以內部對稱的結構設計，對建筑的抗震性能提升有很大的益處。

3、合理的結構體系

建筑的結構體系關乎到建筑本身的力學結構特點，不同的結構體系適用于不同的建筑類型。例如混合結構體系適用于6層以下建筑，橫向剛度大，整體性好但是平面靈活性差；框架結構體系利用梁柱組成的縱、橫向框架，同時承受豎向載荷及水平載荷的結構，適用于15層以下的建筑；而剪力墻結構利用建筑物的縱、橫墻體承受豎向載荷及水平載荷結構，側向剛度大且水平載荷作用側移小但是剪力墻間距小，建筑平面布局不靈活，不適合大空間要求的公共建筑。在進行建筑結構設計時，根據建筑的設計功能和設計規模，選擇不同的設計結構體系，是從大處著手構建建筑抗震性能的一個基本原則，也是建筑抗震性能形成的一個基礎條件。如果建筑的基本結構選擇的不合理，那么抗震性能將會無從談起，即使后續的結構細節處理的再為完美也會無濟于事。

4、建筑結構的延展性

建筑結構的延展指的是當建筑本身受到大的外力影響的時候建筑的變形能力，而建筑的變形往往能夠卸掉一部分的外力，作用于建筑本身破壞的能量就會有一定程度地降低。這一點越是充分，建筑本身的安全性越好，抗震性能越是突出。在建筑結構設計過程中，應該始終遵循“強柱弱梁，強煎弱彎、強節點、弱錨固”的原則，在遇到地震或者類似的強烈不可抗力影響的時候，盡量采用結構的彎曲區服來代替剪切區服，由于彎曲構件的延性遠遠大于剪切構件。因此，出于對建筑抗震性能的考慮，在結構和材料上對建筑的延展性進行設計，是建筑抗震性設計的重要步驟。

三、結構布置對抗震效果的影響

建筑結構布置的合理與否對于該建筑的抗震性能有著十分重要的作用，是建筑的抗震設計必須要考慮的步驟。特別是目前高層建筑的設計和建設過程中，對于建筑結構的合理布局，是建筑抗震達到抗震等級的一個基礎。在實踐過程中，結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向載荷，受力明確，傳力直接，力爭均勻對稱，減少扭轉的影響。在地震作用下，建筑平面應力求簡單規則，風力作用下可適當放寬。在高層建筑中，樓電梯間的合理布置是一個必須認真考慮的題目。通常為了防止樓板消弱后產生過大的應力集中，樓電梯間不宜設在平面凹角部位和端部角區，但建筑布置上，往往又需要從其實際功能進行考慮，往往在上述部位進行電梯間的設置。由于這樣的矛盾存在，電梯間應當采用剪力墻桶體進行加強。通常，抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑，極有可能造成建筑質心的偏移，因此需要平面布置簡單和相對規則。有時候，在進行抗震設計時，當建筑物平面形狀復雜而又無法調整其平面性狀和結構布置使之變成有規則的機構時，應當設置防震縫將整體建筑劃分為簡單的幾個結構單元，以防止地震時因為伸縮造成建筑物的損壞甚至倒塌。

總結：建筑的抗震性業已成為了建筑設計的一個基礎問題，也是必須要考慮的一個重要環節。對建筑抗震性基本原則的遵守和對隔震這種典型設計結構的靈活使用以及對抗震性的數學分析模型的建立，都是對建筑設計行業向前發展的推動力量，需要整個行業的專業人才共同推動，為人類建造出更舒適更安全的房屋和建筑。

參考文獻：

[1]《建筑抗震設計規范》 GB50011-2010.2010.

[2]田其豐.框架結構橡膠墊基礎隔震系統研究.西北工業大學，2004.