建筑設(shè)計中的建筑抗震設(shè)計研究

李海銘

摘 要：近年來，地震的發(fā)生頻率越來越多，人們的抗震意識也在逐步加強，建筑防震就是防震的一個很重要組成部分，地震是隨機性的，所以對地震的預(yù)防是非常困難的，但是在建筑設(shè)計的過程中，建筑物的抗震設(shè)計可以有效的減少很多不必要的傷亡，極大的保護了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計；抗震性能；設(shè)計方法

一、建筑抗震設(shè)計過程中需要注意的問題

地震造成人員傷亡的直接原因是地表的破壞和建筑物、工程設(shè)施的破壞與倒塌。建筑設(shè)計是否考慮抗震要求，從總體上起著直接的控制主導(dǎo)作用。因此，我們在建筑抗震設(shè)計過程中特別要注重以下幾個問題：

1、建筑體型設(shè)計的相關(guān)問題

建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計。震害表明，許多平面形狀復(fù)雜，如平面上的外凸和凹進、側(cè)翼的過多伸懸、不對稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞，有的甚至保持完好無損。沿高度立體空閬形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時都會造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規(guī)則；在平面形狀上，矩形、圓形、扇形，方形等對抗震來說都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對稱的側(cè)翼和過長的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體型不對稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

2、建筑平面布置設(shè)計的相關(guān)問題

建筑物的平面布置在建筑設(shè)計中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內(nèi)墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數(shù)量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。而且，由于建筑使用功能不同，每個樓層的布置有可能差異很大，建筑平面上的墻體，包括外圍填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強度和剛度的非承重內(nèi)隔墻等等布置不對稱，墻體與柱子分布的不對稱、不協(xié)調(diào)，使建筑物在地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，對抗震很不利。有的建筑物，其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側(cè)，結(jié)果在地震中造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴重破壞。這是因為電梯井筒具有極大的抗側(cè)力剛度，吸引了地震作用的主要部分。有的建筑物，在平面布置上一側(cè)的墻體很多，而另一側(cè)的墻體稀少，這就造成平面上剛度分布的很不對稱，質(zhì)量分布也偏心，使結(jié)構(gòu)的受力和變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)，帶來局部墻面的破壞。有的建筑物，如底層為商場的臨街建筑，臨街一側(cè)往往不設(shè)墻體，而其另一側(cè)則有剛度很大的墻體封閉，兩側(cè)在剛度上相差很多，也將在地震時引起扭轉(zhuǎn)地震作用，對抗震不利。還有的建筑平面布置上，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)隔墻不對齊或中斷，使剛度發(fā)生突變和地震力傳遞受阻，對抗震也帶來不利，客易引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。建筑平面布置設(shè)計對建筑抗震關(guān)系很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設(shè)計上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑平面布置的總體設(shè)計上要盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件，使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計在建筑抗震中的作用。

3、屋頂建筑的抗震設(shè)計注意事項

在高層和超高層建筑設(shè)計中，屋頂建筑是一個重要的設(shè)計部分。從近幾年對一些高層建筑抗震設(shè)計審查結(jié)果來看，屋頂建筑存在的主要問題，一是過高，二是過重。這樣的屋頂建筑加大了變形，也加大了地震作用。對屋頂建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋頂建筑的重心與下部建筑的重心不在一條線上，且前者的抗側(cè)力墻與其下樓層的抗側(cè)力墻體上下不連續(xù)時，更會帶來地震的扭轉(zhuǎn)作用，對建筑物抗震更不利。為此。在屋頂建筑設(shè)計中，宜盡量降低其高度。采用高強輕質(zhì)的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結(jié)構(gòu)的傳遞比較通暢，使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致；當(dāng)屋頂建筑較高時，要使其具有較好的抗震定性，使屋頂建筑的地震作用及其變形較小，而且不發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用。

4、建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計限值控制問題

根據(jù)大量震害的經(jīng)驗總結(jié)，現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GBJll―89）對房屋建筑在建筑設(shè)計中應(yīng)考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定，建筑設(shè)計應(yīng)予遵守：一是房屋的建筑總高度和層數(shù)；二是對房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。

二、建筑抗震設(shè)計

（1）根據(jù)承載能力進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

承載力能力進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，主要是根據(jù)靜力分析理論，通過慣性力的形式對地震作用進行反映，并利用彈性方法計算結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)的具體情況，對結(jié)構(gòu)彈性位移進行驗算，以此來確定建筑結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的強度，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性。這種設(shè)計方法在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)承載能力進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計主要特點是：這種設(shè)計方法與傳統(tǒng)的設(shè)計方法非常類似，所以很容易被設(shè)計人員理解利用，并且這種方法主要采用通過慣性力的形式對地震作用進行分析，把結(jié)構(gòu)看成是彈性體系，把結(jié)構(gòu)固有的頻率所對應(yīng)的最大地震反應(yīng)作為控制值的選擇依據(jù)，按照彈性方法對結(jié)構(gòu)的抗震性能進行計算[3]。但是這種方法具有一定的局限性，由于加速度反應(yīng)譜的理論取用是整個反應(yīng)中過程中的最大值，因此不能有效反應(yīng)建筑在地震反應(yīng)時的全過程。

（2）根據(jù)損傷和能量進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)能否抵御地震而不被破壞主要是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)能否以某種形式耗散地震輸入到結(jié)構(gòu)中的能量。在超過設(shè)防地震作用下，在結(jié)構(gòu)非彈性變形超過自身非彈性變形能力時，會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的倒塌。因此非彈性變形或者由于非彈性變形引起的結(jié)構(gòu)損傷成為了研究防地震的設(shè)計方法。

根據(jù)能量進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計雖然容易理解抗震的原理，但是在抗震設(shè)計方法中有很多的不足之處，比如：結(jié)構(gòu)體系耗能能力、地震輸入能量譜、塑性滯回耗能等問題[4]。

（3）根據(jù)位移進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

在不同的強度地震的作用下，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)為目標(biāo)進行的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而結(jié)構(gòu)達到預(yù)定的性能，根據(jù)位移進行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計主要能力普法、控制延伸性的方法、直接基于位移的方法。其中能力譜法是最近幾年研究的最多的一種方法，因此這種方法成為建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計的主要的方法。

結(jié)束語：地震是一種自然現(xiàn)象，為避免它給人類帶來大的災(zāi)難，要求在建筑的設(shè)計中，應(yīng)該加強對建筑防震性能的設(shè)計，從而可以有效減少地震給人們帶來災(zāi)難性的損壞，保證人們的生命安全。建筑設(shè)計是建筑杭震設(shè)計的一個重要方面，建筑設(shè)計與建筑抗震設(shè)計有著密切關(guān)系。它對建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用，所以應(yīng)該加強建筑抗震設(shè)計的研究，要充分重視建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要性，從而加強建筑物的抗震性能，減少地震帶來的損失。

參考文獻：

[1]翁啟鋒：《建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析》科技資訊；2010（21）：79

[2]李尊；陳忠范：《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究新進展》：69--74