對提升民用建筑設計抗震結構設計水平的探討

孫飛虹

【摘要】民用建筑抗震設計關系到人民生命財產的安全，有必要采取系統的方法來提升抗震水平。在這種背景下，本文從遵循抗震結構設計原則、應用合適的抗震方法、注重建筑設計的生命周期及保障措施等方面對相關問題進行了探討。

【關鍵詞】民用建筑；抗震結構；設計；水平；提升

0引言

建筑安全為設計與施工的的首要準則，而沒有安全的結構就無法保障人們生命與財產；良好的建筑結構系統設計于規劃階段，即應注意基本結構系統的選擇，建筑師在該階段即需對未來設計的建筑物具備概括的意念，他不需作業詳細的考慮與計算，就能準備多種結構系統設計的替代方案，以提供與業主比較參考；結構的初步規劃包括；結構物具體的系統與形狀，各種系統的力學行為與主要建材的約略尺度。接著如何有效的如何運用室內外隔間墻，核心及其平面造型來作為抗震設計，并符合法規標準范圍內，使構造物的總工程費達至最經濟的目標，著即為最佳建筑結構系統設計的目的。

1遵循抗震結構設計原則，應用合適的抗震方法

1.1抗震設計基本原則

我國抗震設計規范的基本原則為建筑物在中小度地震時保持在彈性限度內；設計地震時容許產生塑性變形，但韌性需求不得超過容許韌性容量；最大考量地震時建筑物使用的韌性可達規定的韌性容量。另外，抗震設計規范的抗震目標也應確保當建筑物遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震（小震）影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續使用；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的地震影響時可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用；當遭受高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震（大震）影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。從國內外震災的案例中可以發現，符合建筑設計基準的建筑物，也有受到中級以上的損害，探討設計上的災害原因，大部分均因構造形態平衡不良所造成的；設計時“抗震的”的不良因素越多，會使“互相作用”變為復雜，抗震性也因此以“相乘的”的變為不良。同樣地，符合各項良好抗震設計條件（構造、材料、平面、立面等等）的建筑，產生相乘安全、經濟、美觀的效益。

１．２應用抗震的消極隔震控制法

以隔震措施將受振動影響的機電設備與外界隔離的方式稱為消極隔震控制法，該方法特性是在系統共振區內有低傳遞動性，將隔震區域的系統自然頻率設計在共振區范圍會有最佳的減振效果。建筑基礎隔震與抗震設計均屬消極隔震控制的方式，為被動的在受振（震）動影響處裝設隔震（震）設施，以降低外在振（震）動對結構物的影響，其在系統共振區外具有很高的隔震能力，在共振區則借助阻尼器等消能裝置，消耗振動能。而基礎隔震（震）依所選擇的裝置類型也可分為地震力隔震裝置與非地震力隔震裝置。用來將建筑物與外界地震力隔離的方式稱為基礎隔震，在國內30層以下的民用建筑可采用LRB（鉛心積層橡膠）或輔以速度型阻尼器增加阻尼消能效應。基礎隔震措施一般是在建筑物下部或中間層結構設置隔震層，且在橫向需具有大變形的能力。另一方面，用來將建筑物與外界非地震力環境振動量予以隔離的方式稱為彈性隔震基礎，如交通運輸系統（高速鐵路或快速道路等）所產生的環境振動頻率大多在20Hz~200Hz間，該振動量如果未與建筑結構基礎做好隔震措施，則該振動能量傳遞至建筑主結構后，將可能產生次結構（如開口部的門窗、輕隔間墻或家具等）的共振問題，進而輻射出低頻噪音，它的隔震設備以線性彈簧隔震裝置為主，視情況需要輔以黏彈性阻尼器增加阻尼消能效應。

２注重建筑設計的生命周期

結構系統規劃的目的，為提供建筑師與結構工程師間的觀念得以獲得充分的討論與溝通，并據此規劃擬定一套經濟安全與適合于該建筑物特性的結構系統。

一是，規劃階段。在規劃階段中，建筑師必須將該構造物的設計構想，與結構工程師作充分的溝通，以避免或減少爾后設計作業過程中，產生不必要的限制因素。本階段在規劃作業中，應對下述項目詳加考慮：建筑物尺度，包括基地面積、樓地板面積、地樓層數；基地特性，包括建設區域、指北方向、地質資料、基礎特性；內部空間需求，包括空間種類、動線需求（垂直及水平）、特殊平面需求；防火標準；預算，根據品質要求的層次種類估計其約略的預算。

二是，設計階段。草圖設計階段作業中，建筑師應在草圖設計階段作業之前，設計進行中與工程師作更進一步的核對。假若平面復雜或具特殊造型的形狀者，更應密切與工程師溝通配合，以能達成最佳效果。

三是，初步定案設計。初步定案設計是針對已提供的資料作初步分析，進而考慮各主要部分的細節設計，就主要建材斷面的尺寸、結構的基本造型及外觀，予以假設評估。若平面及構造復雜或不尋常的建筑物，在其早期初步定案設計過程中，無法運用一般的概算法加以估算時，則須試作細節的分析。

四是，合約建檔階段。建筑師與結構工程師相互間對細節設計決策（例如：柱子的確實尺寸、開口的細節處理等），充分溝通了解后結構工程師在本階段對于非結構體的抗震設施也需詳加掌握。（如：天花板之錨定、重機械的位置、外覆的材料等），協助建筑師制定合約規范，施工說明書等建檔工作。

五是，施工階段。施工階段是指結構工程師協同建筑師監視督導營建廠商確實控制施工品質，以按圖施工。

六是，營運管理階段。從抗震的觀點而言，任何結構的局部改變，包括增設強勁的非結構墻或在既有的墻上開口，均可能造成重大的影響。特別是較高的樓層或不對稱的結構位置上，添置重設備或移動載重，極可能產生危險，因此對于結構體完成后的可能變更使用等因素，結構工程師在設計之際，也應當加以考慮。

3民用建筑抗震結構設計水平提升的保障

一是，正確的建筑抗震設計觀念為建筑安全的重要基礎。在今日，建筑對抗地震災害的發展，已由制震、隔震等新一代的技術所引領，而且由原本的基本安全需求，提升至心理舒適感受的層次；相對于此，抗震設計的原則應扮演認知結構行為的角色，通過對抗震結構的認識，進一步理解構造、材料等的特性，進而借助掌握其特質，在安全的基礎上衍生出更多樣化的設計；且現階段隔震技術因費用較高，多應用于對安全要求較高的建筑類型（如醫院、公家機構等），抗震設計仍為建筑的主流，因此仍須對抗震設計有正確的認知與應用。

二是，結構設計應于規劃階段即須整合相關人員的意見與專業。建筑師與結構技師間的溝通，常在設計幾乎定案時才進行，常衍生出大幅修改的情況，除了建筑師應自我提升抗震設計觀念之外，在設計規劃開始時即應與結構技師進行溝通討論，才能研定出安全、經濟合適的結構系統，進而才能建造出合乎安全、經濟與美觀的建筑物。

三是，政府與建筑業者應對災后復原、整建等作為進行規劃與落實。地震對建筑結構及設施可能造成破壞，重者傾倒、毀壞，輕者部分結構及設施的龜裂等，重者敲除重建輕者補強維修，但無論何種狀況政府及專業者，對保障國民（購屋者）生命財產的保障觀念與措施均有待提升；從業者方面應當基于永續經營、社會與專業責任，建立災后配套計劃與措施。

【參考文獻】

［１］覃敏強.建筑高層框架結構布置[J].大眾科技，2010（05）．

［２］蔣新梅.高層建筑結構的抗震設計[J].廣東科技，2009(08)．

［責任編輯：薛俊歌］