建筑設(shè)計(jì)中對建筑抗震設(shè)計(jì)的研究

地殼活動是地球不可避免的自然現(xiàn)象，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人類對自然界的開采和挖掘的范圍越來越大，對自然環(huán)境的破壞程度不斷加深，諸多因素的綜合作用下，使得地殼活動日益頻繁，地震時有發(fā)生。在這樣的環(huán)境下，加強(qiáng)對建筑的抗震性設(shè)計(jì)，保證建筑的質(zhì)量和可抗震度，才能在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時將損失減到最低。

一、建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)過程中特別要注重以下幾個問題：

1、建筑體型設(shè)計(jì)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(jì)。震害表明，許多平面形狀復(fù)雜，如平面上的外凸和凹進(jìn)、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(jì)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(jì)的相關(guān)問題

建筑物的平面布置在建筑設(shè)計(jì)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(qiáng)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(yán)重破壞。這是因?yàn)殡娞菥簿哂袠O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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)在建筑抗震中的作用。

3、屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在高層和超高層建筑設(shè)計(jì)中，屋頂建筑是一個重要的設(shè)計(jì)部分。從近幾年對一些高層建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)中，宜盡量降低其高度。采用高強(qiáng)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(jì)限值控制問題

根據(jù)大量震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJll—89)對房屋建筑在建筑設(shè)計(jì)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(jì)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、國外抗震建筑設(shè)計(jì)實(shí)例及先進(jìn)技術(shù)

1、現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑

輕型木結(jié)構(gòu)是北美、新西蘭以及日本等國家低層和多層住宅采用的主要結(jié)構(gòu)形式。這種類型的結(jié)構(gòu)主要是以鋼筋混凝土或砌體為基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)采用規(guī)格材和木基結(jié)構(gòu)板材以及其他工程木產(chǎn)品，其特征類似箱型結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間通過錨栓連接。樓屋蓋和剪力強(qiáng)墻形成結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力體系。地震時，水平地震力通過橫向水平構(gòu)件即樓蓋和屋蓋傳至每層剪力墻，每層剪力墻將所受地震力相加傳至底層剪力墻并傳遞到基礎(chǔ)。為保證這條傳力途徑的安全可靠，所有的構(gòu)件必須有可靠的剛度和強(qiáng)度。對此.美國現(xiàn)代建筑規(guī)范對輕型木結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)定。北美歷史上的幾次大地震的經(jīng)驗(yàn)表明，在滿足規(guī)范要求的前提下，輕型木結(jié)構(gòu)因其自身質(zhì)量輕、強(qiáng)度高以及結(jié)構(gòu)的高次超靜定等特性，均表現(xiàn)出良好的抗震性能。

2、隔震技術(shù)

據(jù)有關(guān)記載，隔震概念最早由日本和合浩藏在1881年提出，而在此之前，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)存在一些古建筑，如我國的故宮、日本的鐮倉大佛等。這些早期的隔震建筑多是采用滾木或滑石片作為隔震元件，但是歷經(jīng)多次地震仍保存完好?，F(xiàn)代意義上的隔震技術(shù)始于20世紀(jì)60～70年代，一般都由隔震裝置、阻尼器以及地基微振動和風(fēng)反應(yīng)控制裝置等部分組成，必要時還設(shè)有完全保險構(gòu)造，與早期的隔震系統(tǒng)相比，性能上更加可靠、功能上更加完善。在這方面，日本、美國，加拿大、法國、新西蘭等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家居于領(lǐng)先地位，并相繼建成大量隔震建筑物。這些隔震建筑中有的已經(jīng)接受了地震考驗(yàn)，都顯示了較好的隔震效果。目前，隔震技術(shù)越來越為廣大的工程人員和社會所接受。

總結(jié)：

人類到目前為止無法準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震，但是我們可以通過切實(shí)可行的抗震計(jì)算和構(gòu)造構(gòu)造措施來減輕地震災(zāi)害對建筑結(jié)構(gòu)的破壞，保證人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也需與時俱進(jìn)，進(jìn)行及時的修訂和完善，如何保證建筑大震不倒，如何衡量大震下結(jié)構(gòu)抗震性能是一項(xiàng)艱巨而迫切的任務(wù)。以人為本，生命至上，建筑安全更是重中之重。這就要求建筑設(shè)計(jì)的抗震理念也要不斷發(fā)展，比如具備更高安全效益的隔震和消能減震設(shè)計(jì)方法和技術(shù)就應(yīng)該得到更廣泛的工程應(yīng)用。