建筑設計在建筑抗震設計中的地位

摘 要：地震是破壞力最大，影響范圍最廣的一種自然災害。為了保證人們生命與財產的安全，提高建筑物的抗震能力至關重要。本文首先給出了建筑設計與抗震性能的關系，然后，分析了建筑物抗震性能的影響因素，接著，分析了建筑設計對于抗震性能的影響，最后，以實際案例分析了建筑設計在建筑抗震設計中的影響情況，并提出了相應的解決方案。

關鍵詞：建筑設計；地震；抗震；建筑物

引 言

為了減輕建筑物的地震破壞，避免地震所導致的人員傷亡，減少經濟損失，應該加強建筑抗震的設計研究。由于建筑方案通常存在抗震的薄弱環節與薄弱位置，因此，有時抗震處理顯得非常被動。為了提高建筑物的抗震能力，因此從設計出發，針對建筑設計在建筑物抗震設計中的重要性與影響進行分析討論是非常必要的。本文將抗震問題與建筑設計進行了融合分析，通過針對某大學教學樓的設計，進行了抗震特性分析，并提出了相應的抗震解決方案[1]。

1 建筑抗震的基本概念

1.1 建筑抗震的分布與災害

地震是一種常見的自然現象，指的是地球內部緩慢積累的能量突然釋放所導致的地層振動。地震通常可以分為五種類型，即構造地震、陷落地震、火山地震、人工地震與誘發地震。其中，構造地震最為常見，是建筑抗震設計所需考慮的對象。地震主要發生在裂谷與脊骨、轉換地層、海溝及大陸內部的古板塊邊緣等區域[2]。

地震災害是一種破壞能力很大的自然災害，主要分成直接災害與次生災害。其中，地震導致的直接災害主要破壞建筑物，如房屋倒塌、鐵軌變形、橋梁斷落等。次生災害主要有火災、水災、瘟疫等。

1.2 建筑抗震設計的方法與目的

1.2.1 建筑抗震設計的內容

建筑抗震設計主要包含概念設計、計算設計與構造設計三個方面。針對地震區的建筑工程，在考慮非地震設計的準則的基礎上，還需要考慮特定的地震設計準則，由于對于場地的選擇、建筑的造型與結構的體系需要進行詳細的規定[3]。

1.2.2 建筑抗震設計的目的

抗震設計的目的是進行建筑設計首先需要進行考慮的問題。通常情況下，相關規范有如下要求：①地震發生后，經過一般修理或者不進行修理建筑物仍然可以繼續使用；②地震發生后，建筑物并不要求完整無損，可以具備一定程度的損壞；③建筑物的損壞程度不會危機人與生產設備的安全，不需要進行修理，即使需要修理，規模也不能很大。

2 建筑設計的影響因素

建筑設計對其抗震性能具有直接的影響，同時，諸多因素對建筑設計具備影響，如：基地的要求、規劃要求、功能需求、氣候因素、結構與材料要求等。

（1）基地的要求。在建筑項目施工開始前，真要針對基地情況進行分析評估，基地所處的地段、大小、地形地貌等因素都是建筑師進行建筑設計的重要切入點。只有因地制宜才能充分與基地現狀進行結合。如果建筑場地較小，則場地形狀作為建筑設計的體型決定因素將會變得更為關鍵。基地的地下水、排水、電纜等管道布置與架空線等也會影響建筑的設計。最后，地質條件也是需要考慮的影響因素之一。一旦發生地震，地質條件就是決定地面運行情況的因素之一。

（2）規劃要求。規劃要求是建筑設計構思的根本依據，針對建筑物的體型具備影響與制約的作用。

（3）功能需求。不同的功能對于建筑物的影響力是不能忽視的，同時，不同的功能需要，也會對建筑抗震設計具有不同的要求。

（4）氣候因素。氣候因素是影響建筑物設計的重要因素，如降雨較多，降雪較多的地區，房頂的坡度應該較大，同時，也需要針對不同的氣候因素考慮建筑抗震設計的不同。

（5）結構與材料要求。建筑物的設計都需要對應的結構得以體現。結構與材料的發展對建筑物的設計產生了推動作用。不同的材料具備不同的特性，也具備不同的抗震性能。

3 建筑設計對于抗震性能的影響

建筑設計針對抗震性能的影響與重要指標主要體現在以下幾個方面：

（1）規則性。建筑設計應該注意規則與簡單的特點。規則主要包含建筑的平與立面外形尺寸、結構構件的布置、質量分布與強度分布等。通常，建筑平面以方形、矩形、L形、T形及I形為主。其中，建筑平面L長度不能過長，突出部分C應該盡量縮小。

（2）對稱性。對稱性指的是建筑物的幾何特性，與建筑的結構設計及構造細部息息相關。不具備對稱結構的建筑平面抗震性不強，從幾何方面看，不對稱結構容易引起建筑物的質量中心與剛度中心間產生偏離，發生地震將會導致災害，不對稱的結構還會導致應力集中，由于在建筑的凹角處。

地震可能來自任意方向，因此，建筑平面最好具備多軸對稱的結構。如下圖所示，正方形、圓形、正八邊形具備多軸對稱結構，抗震性能較好。長方形、H形具備兩軸對稱形式，抗震性能較好。T形、U形僅僅是一軸對稱，抗震性能不強。

（3）均勻性。該性能只要是指建筑結構的均勻性，具備良好的均勻性，可以使建筑物的質量中心與抗震結構體系的剛度中心接近重合，降低地震導致的偏心扭轉。如果剛度結構不均勻，則會發生很大偏心，導致虛假對稱，不利于抗震。

（4）密實性。所有豎向結構的構件的總面積與樓層總面積的比值就是結構平面的密度，直接影響建筑物的抗震性能。建筑水平結構可以用來抵御水平地震載荷，結構平面的密度越大，抗震性能越好。

（5）高寬比。高寬比嚴重影響建筑物的抗震性能，針對高層建筑，建筑物越細，則地震導致的傾覆作用就越嚴重。通常，地震區內的建筑物應該具備較高的側向剛度，高寬比應該較小，一般以3～4m為宜。

（6）剪力墻的分布。剪力墻是建筑物主要的抗震構建，需要注意其平面布置情況。剪力墻的剛度、強度與抗震性能等與墻身的開洞大小、數量與位置等因素有關。當剪力墻有洞口時，其特性隨洞口大小的變化而變化。洞口從無到有，從小變大，特征也由強度與剛度較大的實心剪力墻變成開口剪力墻。一旦剪力墻的洞口較大時，發生地震，剪力墻的洞口與局部減弱處有可能發生破壞。

4 案例分析——某大學綜合教學樓

4.1 背景概述

某市屬于7度抗震設防烈度區，但是，根據歷史顯示，該地區所發生的大地震頻率并不是很高。但是，該市的高層建筑林立，應該加強對這些高層建筑進行抗震設計。本文所分析的某大學教學樓是一棟建筑平面與立面并不規則的高層建筑，所采用的抗震措施與抗震效果對于建筑設計具備重要意義。

某大學教學樓總占地面積15615m2，建筑面積46240m2，地下1層，地上21層，每層高為4m，且每3層設置一個高為2米的設備層，建筑物總高98m，整體使用鋼結構，總重為7600t。

4.2 建筑設計

該教學樓的主體建筑為方正簡潔的設計，其中，內部空間的設計是底邊長48.6m，高98m的長方體，使用L形體塊單元采用依次螺旋上升的布置方案，構建統一的高層建筑。

4.3 抗震性能設計

本建筑物具備獨特的建筑體型、不斷上升的L形平面布局與設備夾層設計，導致了該樓具備明顯的平面不規則與豎向不規則等特點，給抗震設計帶來了很大的挑戰。

（1）L形體塊單元屬于基本無柱空間，可以靈活的用于教學、辦公、科研等功能。同時，由于中間是開放式中庭設計，將不能利用空間設置核心筒抵抗水平地震作用。

（2）L形體快單元進行螺旋疊放，將會導致其質量中心也呈現螺旋上升排列，如果發生地震，將會產生扭轉效應。

（3）每層樓板的開洞較大，較多樓層的樓板開洞面積大于整個樓板的35%，導致樓板削弱較多，不利于抗震。

針對以上建筑設計對于抗震的影響，可以使用如下方案進行解決：

（1）建筑整體使用柱距為16.2m的大柱，不僅可以滿足不同的功能需求，而且還可以達到減輕結構自重，提高抗震的性能。

（2）結合建筑表皮的設計特點，結合阻尼器設計成為粘滯阻尼支撐體系，加強剛度，降低結構地震作用的反應，提高抗震性能。

（3）改善L形體塊單元螺旋上升到引起的建筑豎向不規則結構。

（4）梁板體系使用熱軋H型鋼梁與壓型鋼板進行組合，板底不進行受拉鋼筋配置，可以實現水平力作用下梁與板共同工作，加強抗震能力。

5 結束語

地震是常見的自然災害，地震所導致的災害非常嚴重，只有提高建筑物的抗震設計才能提高建筑物的抗震能力。本文從建筑設計的角度分析，使用理論與案例相結合的方法進行了建筑設計與抗震設計的討論分析。在給出建筑抗震設計影響因素的前提下，結合實際的案例，即該市某大學高層建筑物，進行了建筑設計與抗震分析，并提出了相應的抗震設計改進方案。

參考文獻

[1]劉其祥，蔡益燕.多高層房屋鋼結構梁柱剛性連接節點的抗震設計[J].建筑結構，2012，31（8）：19～20.

[2]李燦燦，陸洲導，李凌志.建筑結構基于性能的抗震設計[J].四川建筑科學研究，2012（10）：46～47.

[3]楊磊.2010論高層建筑結構抗震的優化設計[J].建筑設計管理，2013（10）：36～37.

作者簡介：樊亞明（1970-），男，本科，中級，主要從事建筑設計工作。