建筑抗震設計中設計手法的應用研究

陳亮 魏欣

【摘要】在建筑設計中對抗震要求的要求，在總體上能發揮著控制主導的作用。本文通過簡單分析建筑設計與抗震設計之間的關系，并重點探討建筑設計在抗震設計中的幾個設計問題。

【關鍵詞】抗震設計 建筑設計 平面布置

建筑設計是否考慮抗震要求，從總體上起著直接的控制主導作用。結構設計很難對建筑設計有較大的修改，建筑設計定了，結構設計原則上只能是服從于建筑設計的要求。如果建筑師能在建筑方案。初步設計階段中較好地考慮抗震的要求，則結構工程師就可以對結構構件系統進行合理的布置，建筑結構的質量和剛度分布以及相應產生的地震作用和結構受力與變形比較均勻協調，使建筑結構的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高； 如果建筑師提供的建筑設計沒有很好地考慮抗震要求，那就會給結構的抗震設計帶來較多困難，使結構的抗震布置和設計受到建筑布置的限制，甚至造成設計的不合理。有時為了提高結構構件的抗震承載力，不得不增大構件的截面或配筋用量，造成不必要的投資浪費。由此可見，建筑設計是否考慮抗震要求，對整個建筑起著很重要的作用。因此，我們在建筑抗震設計過程中特別要注重以下幾個問題。

1建筑設計與抗震設計的關系

建筑設計與抗震結構設計之間有著緊密的聯系，只有在設計階段充分考慮抗震因素，才能為建筑后期的抗震設計打好基礎。建筑設計是抗震設計的基礎，在建筑結構設計中，對建筑設計的改動較小。當建筑設計已初步形成后，建筑結構就應根據原則遵照設計的要求。在建筑設計方案中，設計師應充分考慮到建筑的抗震設計要求，設計人員必須根據建筑方案合理、科學布置結構部件，保證建筑結構剛度的均勻分布，使建筑結構的受力與變形能相互協調，從而提高建筑結構的承載能力及抗震性能。在建筑設計若不考慮到建筑的抗震性能要求，就會導致建筑布局設計限制抗震布局設計。通常情況下，為了提高建筑結構部件的承載能力與抗震性能，則要增加結構的截面面積，但會造成不必要的浪費。因此在建筑抗震設計時必須要建筑的體型、平面布置、豎向布置及屋頂抗震性能等問題進行分析。

2建筑設計在抗震設計中的主要設計問題

2.1體型設計

建筑體型設計主要涉及到建筑平面形狀與主體空間形狀兩個方面的設計。建筑的平面形狀較為復雜，若平面上的凹進、外凸、伸懸及不對稱的側翼布置等情況在地震中最容易出現破壞。而平面形狀簡單的建筑在地震中的破壞程度較輕。因此在建筑體型設計時，應盡量保證簡潔、規則的平面與空間形狀，如矩形、圓形、方形、扇形的體型。盡可能減少內凹或外凸體型，也需盡量減少不對稱的側翼及過長的伸翼。在建筑體型設計中應使結構的質量與剛度均勻分布，以防出現因體型不對稱引起的扭轉反應。

2.2平面布置設計

作為建筑設計中的重要組成部分，建筑平面布置能直接反映出建筑的使用功能。而且，建筑平面布置與建筑的抗震性能之間的關系密切。在建筑平面設計過程中，必須要保證建筑結構的質量與剛度的分布均勻，以防建筑出現扭轉效應。建筑墻體的布置必須要均勻對稱，且抗震墻的布置也要與結構抗震要求之間相一致。對于剛度較大的樓層，電梯井的布置應居中、簡要，以防產生偏心扭轉地震效應。建筑平面布置要為建筑結構抗側力構件的布置提供基礎，使建筑的使用功能和抗震性能要求能融合一體，從而充分發揮建筑抗震設計中建筑設計的基礎作用。

2.3豎向布置設計

建筑設計中的豎向布置設計能直接反映出建筑高度結構的質量及剛度分布。由于建筑使用功能的要求并不完全相同，若較低的樓層主要是商場、購物中心，在建筑設計上要求大柱距、大空間； 而較高的樓層主要是寫字樓、公寓樓等，其低層設柱、墻均比較少。由于建筑使用功能各異，使建筑物沿高度分布的質量與剛度均出現一定程度的不協調、不均勻狀態，主要的問題為沿上下相鄰樓層的質量與剛度之間的分布不均，容易產生突發變形。在質量與剛度最差的樓層容易產生變形量較大或抗震承載力不足的薄弱層，從而影響建筑的抗震性能。在建筑設計中，由于建筑的使用功能不同，容易出現上下相鄰樓層的墻體不對齊、柱子、齊墻體不連續、上層墻多有柱、下層墻少無柱等請情況，從而導致地震力的傳遞受阻，使剪力墻設置無法直通到底層，再加上剪力墻布置不對稱，都會導致建筑物的抗震作用產生不均勻、不對稱的情況，容易產生扭轉作用，從而影響建筑的抗震性能。

2.4 建筑設計的限值控制

根據我國近年來地震災害經驗，現行的《建筑抗震設計規范》對建筑設計中一些必須考慮抗震要求的限值控制提出了明確的規定。因此在建筑設計過程中必須要遵守以下兩點： （1） 建筑的層數及總高度； （2） 對建筑抗震的橫墻問題及局部墻體尺寸的限值控制問題。

2.5 建筑屋頂的抗震設計

屋頂設計是建筑設計中的一項重要設計內容，尤其是在現代高層與超高層建筑設計中，屋頂設計問題更為重要。根據近年來高層建筑抗震設計的審查結果可以看出，在建筑屋頂設計中主要存在過高或過重兩個問題。當建筑屋頂設計過高或過重時，不僅會使建筑的變形量

較大，還會使地震作用加大，都會影響建筑屋頂及其下建筑物的抗震性能。當屋頂建筑與下部建筑的重心不處于同一條線時，尤其是當屋頂建筑的抗側力墻和下部建筑的抗側力墻體不連續時，就容易產生地震的扭轉作用，從而影響建筑的抗震性能。因此在屋頂建筑設計過程中，應盡可能降低其高度，并采用一些高強輕質材料，通過保證建筑結構剛度的均勻分布，使屋頂與下部建筑的重心點相一致，從而減少屋頂建筑的變形量及地震作用，提高建筑的整體抗震性能。

3建筑師應學習和應用先進的建筑抗震技術

3.1計算機仿真技術在建筑抗震領域的應用

計算機仿真技術的開始研究出現在20世紀70年代的發達國家，在20世紀90年代被引進到建筑學領域，其中的多主體仿真技術被更多地運用于建筑學專業中疏散模擬（包括地震災害下人員緊急逃生）的研究。日本作為地震多發國家之一，其地震多主體計算仿真技術一直位于世界前列，并取得成效，可通過運算將地震發生時人員的逃生路徑，出口等以3d動畫形式顯示出來。多主體仿真技術已成為建筑物內人員逃生的訓練工具和建筑物抗震評價手段，并為建筑設計提供完善的科學依據。

3.2 計算機模擬技術與建立實體模型實驗相結合

當建筑師在設計抗震重要性很高和建筑體型很特殊的建筑物時，對于建筑物的抗震設計實施可行性除了要以現行有關規范進行驗證，還要借助計算機模擬技術與建立實體模型進行實驗驗證。日本名古屋的。mode螺旋塔學園。是一座自由形體的超高層建筑，在多震國家建造體型很不規則的建筑物無疑是一個挑戰，然而建筑設計通過建立實體模型和計算機模擬實驗，使得設計方案可行實施：其抗震原理是把建筑物比作一顆樹木，基礎是樹根，內桁架鋼管是樹干，外圍列柱是樹枝，邊梁和大梁是樹杈，設計中對各部位的屈服強度及塑性進行模擬實驗，調整數據參數達到抗震要求。

4結語

為做出一個優良的建筑抗震設計，必須是在建筑設計與結構設計相互配合協作共同考慮抗震的設計基礎上完成。為此，要充分重視建筑設計在建筑抗震設計中的重要性，在建筑抗震設計中更好地發揮建筑設計應有的作用。

參考文獻

[1]CBJ11-89建筑抗震設計[S].北京：中國建筑工業出版社，2005

[2]包世華，方鄂華高層建筑結構設計[M].北京：清華大學出版社，2002