探討建筑設計中的抗震設計

摘要：建筑抗震設計是一個系統的復雜的工程，它是建筑設計與結構設計的科學合理的協作。文章立足于建筑體型設計、建筑平面布置設計、建筑豎向布置設計、建筑上應滿足的設計限值控制、屋頂建筑的抗震設計著手探討建筑的抗震設計，并提出了建筑抗震設計存在的諸多問題，以期對建筑設計以及建筑實踐有著積極的作用。

關鍵詞：建筑設計 抗震設計 平面設計

一、引言

在建筑設計的過程中，抗震設計不僅對整個建筑的使用有著十分重要的意義，而且在建筑的總體設計上占據著直接的控制主導地位。結構設計盡管對于建筑設計有著十分重要的作用，但在建筑設計既定的情況下，結構設計也只能按照建筑設計的要求進行。建筑師在設計建筑方案或做建筑設計的初級階段充分重視抗震的重要性，那么結構工程師就可以在此基礎上對結構構件合理布置，使建筑結構的質量和剛度分布均勻，建筑本身的抗震性能有所提升，結構受力與變形也會比較勻稱，從而最終使建筑結構的抗震性能與承載力大幅度的提升與改善；相反建筑師在設計建筑方案或做建筑設計的初級階段忽視了抗震要求，那么結構設計師在設計結構的抗震性時難度會很大，不僅會造成設計不合理情況的存在，造成大量的構件截面與配筋用量的投資浪費，還會嚴重影響建筑的抗震性能。因此，建筑設計過程中重視抗震要求在整個建筑中起著不可替代的作用，我們在建筑抗震設計的過程中要突出的重視一下幾方面的問題。

二、建筑體型設計問題

建筑體型主要是指建筑的平面形狀以及建筑主體的空間形狀的設計。以我國的唐山地震為例，在地震的過程中，平面形狀復雜的情況多會在地震中受到輕重程度的破壞，這包括外凸和凹進、側翼的過多伸懸、不對稱的側翼布置等情況。規則而不復雜的平面形狀則能夠抵御地震的破壞，在地震之后甚至能夠保持完好無損。在縱向上立體空間形狀中存在的復雜和不規則在地震中很容易受到破壞，尤其是在建筑結構剛度因地震受到破壞的地方更容易受到破壞。因而，為了增強建筑的抗震性能，在建筑體型的設計過程中，要盡量使用簡單、規則的平面與空間的形狀；盡可能的采用矩形、方形、圓形、扇形等抗震性能較好的平面形狀；盡量避免外凸和內凹的體型以及不對稱的側翼和過長的伸翼等平面形狀的存在；盡可能的是建筑結構的質量和剛度分布勻稱以避免因扭曲反應而引起的抗震性能的下降。

三、建筑平面布置設計問題

在整個建筑設計的過程中建筑平面布置有著十分重要的地位，它是建筑物的使用功能的基本反映。建筑平面布置圖直接明確了柱子的距離、通道和樓梯的位置、房間的數量和布置等各方面的內容。在實際的建筑過程中，由于存在因建筑使用功能不同的情況，因而使各樓層在墻體（外圍填充墻、內隔墻、有相應強度和剛度的非承重內隔墻）、墻體與柱子的不對稱，從而最終造成了整個建筑抗震性能的降低。在有的建筑物中存在將剛度強的電梯井筒放在建筑的角部或者一側，結果最終造成了在地震的過程中靠近電梯一側的建筑遭受到了嚴重的破壞，究其原因在于具有極大抗側力剛度的電梯井筒成為了地震作用的焦點，從而造成了鄰近其周邊的建筑遭受更加嚴重的破壞。在有的建筑物中存在平面布置上一側的墻體過多而另一側稀少的現象，在地震的過程中，因為平面墻體分布的不均，造成了中心的偏離，使建筑結構的手里不均，從而造成了地震中扭轉現象的發生，使局部墻面遭受破壞。在商場的臨街建筑中，存在臨街一側沒有墻體而另一側有剛度很強的墻體，這就造成了兩側剛度分布的不均，可能會降低建筑物的抗震性能，在地震時引起扭轉地震作用。有的建筑則會發生內隔墻不對稱甚至中斷的現象，地震時由于這種現象的存在造成地震傳遞受阻，引起內部結構的破壞，對于建筑物抗震性能有著消極的影響。建筑平面布置設計直接關系到建筑的抗震性能，要解決的核心問題在于：建筑平面設計首要的要做到結構質量和剛度分布均勻并且對稱，從而避免突變以及產生扭轉效應，從而提升建筑物的抗震性能。建筑平面布置的總體設計的過程中我們要注重結構抗側力構件的科學合理布置，在建筑使用功能與結構抗震相融合的基礎上，充分發揮建筑設計在提升建筑抗震性能中的重要作用。

四、建筑豎向布置設計問題

在建筑設計的過程中不僅要重視建筑平面設計在建筑抗震中的作用，而且要從建筑豎向布置設計，即從高度結構的質量以及剛度分布設計上提升建筑物的抗震性能。建筑的豎向布置設計問題在單層或多層、高層建筑或超高建筑中都普遍存在。這些問題主要表現在，因建筑使用功能各異，底層的商場或者購物中心需要大柱距、大空間，而上面的寫字樓或者公寓樓則需要以墻為主，柱很少；有的建筑物因使用功能的不同，在不同的樓層設有面積很大的公用天井大廳、大會議廳、展廳、報告廳等，因而造成了建筑物在質量與高度分布上的嚴重的不協調與不均勻。最為嚴重的問題就是在高度上上下相鄰兩層因質量和剛度分布的不均勻、不平衡、不協調，形成了突變。甚至于在有些樓層，因剛度不足或很差造成了抗震承載力不足或變形非常大的薄弱層對于建筑物的抗震有著嚴重的影響。這些問題都是我們在建筑設計的過程中必須充分重視的。在建筑的實際設計過程中有些布置因建筑使用功能的不同，而存在比如相鄰樓層之間的墻體不對稱，柱子不對齊，墻體中斷或不到底，上下層墻不協調，上下層柱子不均衡現象的存在，導致了地震力傳遞的不同，同時剪力墻分布存在的不直通底層或者嚴重不對稱以及數量太少都可能造成建筑物的扭轉效能，從而影響建筑物的抗震性能。汶川地震表明，建筑物在豎向上的剛度的不均勻、不協調，會對建筑物造成嚴重影響，真至于會造成整個建筑物的坍塌。在日本一九九五年的阪神大地震中，就發生了多棟鋼筋混凝土高層建筑中間樓層集體倒塌現象的存在。因而，在建筑豎向布置設計時，要盡量的保證剪力墻布置的勻稱與協調，盡可能使其沿豎向貫通到建筑物底部，盡量避免中斷或不到底現象的存在。

五、建筑上應滿足的設計限值控制問題

在當今中國，現行《建筑抗震設計規范》（GBJ11-89）是在對大量震害的經驗思考總結基礎上形成的，它對房屋建筑在建設過程中的一些列的抗震現職控制提出了基本的規定。針對這些規定，建筑設計者在設計的過程中必須遵守房屋的建筑總高度以及層數；房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。

六、屋頂建筑的抗震設計問題

屋頂建筑的抗震設計問題是高層以及超高層建筑設計所必須重視重要內容之一。近年來的高層建筑抗震設計審查結果表明，屋頂家住存在過高與過重的雙重問題。過高或者過重的屋頂建筑不僅加大了建筑自身的變形，而且也降低了建筑抗震性能，對于屋頂建筑乃至整個建筑物的抗震都極為不利。當屋頂建筑與下部建筑重心不一致，且屋頂建筑與下部建筑的抗側力墻體不連續時，建筑物在地震中更會面臨扭轉作用的破壞，對于建筑物抗震性能有著極壞的影響。因此，在屋頂建筑的設計過程中，要盡量降低其整體高度，采用高強輕質以及結構剛度勻稱協調的材料，保證屋頂與下部建筑的重心相一致，盡量提升屋頂建筑的抗震性，避免發生扭轉地震作用，從而使整個建筑的抗震性能有所提升。

七、結束語

總之，作為建筑設計的重要方面，建筑抗震設計是建筑設計不可回避的重要內容。它不僅對于建筑的抗震性能有著重要的意義，而且直接關系到建筑的成敗。成功的建筑設計必然是建筑設計與結構設計的科學合理的協作，最終提升建筑包括抗震性能在內的整體性能。因此，我們在建筑設計的過程中，不僅要重視建筑抗震設計的重要性，而且要更好的發揮其在建筑設計中的不可替代的重要作用。