簡析建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用

鄭曙華　李應(yīng)正

【摘 要】建筑的抗震能力是否符合標準并非取決于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，而是取決于設(shè)計師的建筑設(shè)計，原則而言，建筑設(shè)計既定了，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計只能跟隨其趨勢服從其要求。如果在方案初期，考慮到抗震要求，全面分析建筑的結(jié)構(gòu)部件抗震能力、結(jié)構(gòu)受力、結(jié)構(gòu)剛度等方面，并進行科學(xué)合理的布置，那么后期完美的建筑抗震性能才得以實現(xiàn)。本文從建筑的體型設(shè)計、平面布局設(shè)計、豎向布置設(shè)計、屋頂布置設(shè)計、構(gòu)件設(shè)計和限值控制設(shè)計幾個方面討論建筑的抗震設(shè)計關(guān)聯(lián)。

【關(guān)鍵詞】建筑設(shè)計；抗震設(shè)計；建筑平面布置

1.建筑的體型設(shè)計

建筑的體型包括基礎(chǔ)的平面形狀和立體的空間形狀。從抗震能力來說，平面形狀設(shè)計中簡單圖形更具有穩(wěn)定性，如圓形、三角形、方形。08年汶川地震災(zāi)后的建筑損毀分析表明，設(shè)計規(guī)則簡單的房屋震后破壞程度較輕，有些甚至完好無損。而實現(xiàn)設(shè)計感、迎合時尚審美的多元次建筑結(jié)構(gòu)，如對角不一的斜拉形狀、外凸弧形的流線體型，側(cè)翼過長的外伸結(jié)構(gòu)，因其質(zhì)量復(fù)雜不規(guī)則，剛度統(tǒng)一性差，在地震中很容易發(fā)生主體扭轉(zhuǎn)而毀滅殆盡。

雖然機構(gòu)簡單的扇形、矩形更能發(fā)揮建筑存在的基本價值，但是為了維持建筑的抗震水準而犧牲建筑本身的藝術(shù)存在性也是得不償失，工程師們在設(shè)計過程中可嘗試兼顧兩者。

2.建筑的平面布置設(shè)計

平面布置在建筑中的作用直接決定了本建筑的功能實現(xiàn)情況和要求。具體表現(xiàn)為：承重墻的壓力、樓層的分布、房間的數(shù)量、樓梯、電梯井、通道的位置、內(nèi)墻構(gòu)造、單位房間內(nèi)可利用空間的大小等方面，所有內(nèi)容都應(yīng)在平面設(shè)計圖紙上完整地標注出來。平面布置設(shè)計一旦圖紙確定后再改動，會非常費時費力。

不管是工業(yè)建筑還是居民住宅，建筑物內(nèi)部不同樓層的利用率是不一樣的，就導(dǎo)致反映在圖紙上的本應(yīng)對稱的內(nèi)隔墻水平不一樣，部分樓層主干墻體與承力柱相對薄弱，一旦地震發(fā)生，這些薄弱部分首先被擊破成為整個建筑的扭轉(zhuǎn)點，很容易發(fā)生多折疊的建筑破碎。除此之外，地震發(fā)生時，電梯井基于抗側(cè)力剛度，首先吸引了整體建筑的重心隨之發(fā)生側(cè)倒與偏移。更有些建筑作商用，建筑臨街，底層為格局化超市、小商鋪，臨街一側(cè)不設(shè)墻體，剛性墻體全部集中在另一側(cè)，這在地震中也是非常不利。建筑中設(shè)置內(nèi)隔墻和外圍填充墻的目的就是增加建筑剛性、強性、分散承重，墻體與柱要一通到底，盡可能為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與重量創(chuàng)造均勻條件，中間不斷層，避免突變。

3.建筑豎向布置設(shè)計

無論工業(yè)建筑或民用建筑，單層或多層，樓層達到相對高度就會有建筑豎向布置上的問題。該問題的主要原因是建筑的使用方法不同，導(dǎo)致即便主體使用材料相同，沿樓層的質(zhì)量與剛度也分布不均。高層或超高層建筑使用通常多樣化，典型的現(xiàn)代商業(yè)大樓包含辦公、商貿(mào)、住宅、會所、餐飲等一體化功能，難免有樓層之間的合并，剪力墻的分散。作為住宅使用時層段承重多采用立柱、少墻，休閑會所要求大柱距、大空間，承重多用墻。另外，剛性相差最大、最薄弱的地方在地震中可能成為整棟建筑的斷層、傳力阻礙或堵塞，大大影響了整體的抗震承載力，而后造成悲劇。08年汶川地震中倒塌的高層建筑中，很多本應(yīng)當(dāng)有堅固附著力的精鋼混泥土高科技材料建筑就因為中部樓層剛性太差、剪力墻布置不均勻產(chǎn)生突變，最后導(dǎo)致了整個樓梯的坍塌。豎向樓層剛度差異太大給建筑物帶來很多破壞甚至導(dǎo)致整棟大樓倒塌。類似的情況還有發(fā)生在95年的日本阪神大地震，這一技術(shù)問題并非唯獨發(fā)生在我們國家，這就更證明了建筑物的防震水平是由建筑設(shè)計而不是建筑施工或其他因素所決定的。

高樓利用的多樣性是發(fā)展趨勢，此種情況改善的根本方法只有盡量統(tǒng)一建筑的主剪力墻，使其一通到底，不要斷層，也不要懸到一半不到底。在此基礎(chǔ)上依照各區(qū)域的用途分類，在可接受的范圍內(nèi)改造承力材料。目前使用最多的承力材料包括柱與墻，有些營銷店面臨街，并處于建筑拐角，導(dǎo)致店面本身三面采取透光性好但是剛性很差的玻璃墻面，可以在該樓層剪力墻附近用柱加固，維持其豎向水平的剛性承力，而不是放任該死角。

4.建筑屋頂?shù)牟贾迷O(shè)計

高層與超高層建筑的弊端還存在于屋頂。屋頂對高層建筑必不可少，不僅導(dǎo)熱散濕，更和高層建筑的藝術(shù)氣息相襯。但是材質(zhì)不合理或者側(cè)重力承壓線與屋頂下的樓層承壓線不在一個水平面時，所帶來的弊端顯而易見。屋頂在布置設(shè)計上兩個主要錯誤是過高與過重，有些屋頂材質(zhì)與建筑主體不符合，導(dǎo)致屋頂重心與主體重心偏差，在地震中不僅不能傳遞壓力反而造成斷層與扭轉(zhuǎn)，加大了地震破壞程度。因此在房屋建筑中應(yīng)當(dāng)盡量壓低建筑物的高度與分層，建筑特別高時減小屋頂壓力，采用輕材質(zhì)、勻質(zhì)量、剛性佳、穩(wěn)定好的材料，積極調(diào)整屋頂重心與屋頂以下建筑主體重心，避免抗側(cè)力墻體的偏移，減少地震損失。

5.建筑構(gòu)件（非結(jié)構(gòu)構(gòu)件）設(shè)計

隨著室內(nèi)裝修與建筑立面的材料日漸多元化，構(gòu)件設(shè)計的形式、方法等方面有越來越多的選擇項?，F(xiàn)在不僅瓷磚、大理石、立體瓷磚、花崗巖，甚至玻璃幕都可作為構(gòu)件裝飾貼在立面上；還有用于室內(nèi)裝飾的吊燈、頂燈、墻內(nèi)貼磁、壁雕甚至人造景觀、立體雕塑都可以憑空構(gòu)件在吊頂與墻面上。美觀之余，我們不能不考慮安全隱患。需要考慮立面構(gòu)件與室內(nèi)裝修材料是否具有抗震功能，地震發(fā)生時能否與主體結(jié)構(gòu)安全連接而不造成斷層與扭轉(zhuǎn)，只有重視不起眼的小細節(jié)，確認其抗震穩(wěn)定性才能長久發(fā)展。室內(nèi)構(gòu)件大都吊頂或懸空，選擇材料方面，室內(nèi)裝飾的抗震能力用處不大，那么確保其體積輕便、便于附著、不會下墜即可。在動蕩的地震時期，脆弱的室內(nèi)構(gòu)件并不能幫助建筑本身承載壓力，但是要確保其穩(wěn)定，避免附加損失。

建筑構(gòu)件還包括今年運用廣泛的玻璃幕墻，玻璃材質(zhì)本身肯定是不能與剪力墻相提并論，但是它應(yīng)當(dāng)有基本的抗震穩(wěn)定性和節(jié)點的連接強度。建筑構(gòu)件除了用于裝飾的零碎本身，也包括建筑內(nèi)部側(cè)力的內(nèi)隔墻、內(nèi)隔斷和凹嵌在墻體內(nèi)的壁櫥等，安裝時不僅要考慮其利用位置，必要時可與建筑本身斷開，保障其抗震性能發(fā)揮作用。

6.結(jié)束語

綜上所述，為了加強管理，增強建筑防震能力，減少地震損失，我國制定的現(xiàn)行管理條例《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》則十分有必要嚴格遵守。條例中提出了建筑設(shè)計中工程師應(yīng)當(dāng)考慮到的建筑抗震能力的限值控制，有利于規(guī)范建筑市場的運行，達成安全守則。分析下來，條例主要包括的要點是：（1）限制建筑高度與層數(shù)。根據(jù)前文，高層的復(fù)雜性與多樣性注定了其弱于低層的抗震穩(wěn)定能力，但是高層的發(fā)展是不可逆的，我們只能順應(yīng)趨勢做出反應(yīng)。（2）控制建筑的抗震橫墻與建筑局部墻體的尺寸限值。當(dāng)抗震橫墻的間距過大，水平建筑的剛度削弱，抗震能力降低時，即時地震力無法傳遞，導(dǎo)致抗震縱墻失去剛性、擴大變形，轉(zhuǎn)移重心，最后引致坍塌。因此可知，建筑設(shè)計在抗震設(shè)計中是十分重要的，只有把握好建筑設(shè)計的要求，最終才能確保該設(shè)計在建筑中的有效推動作用。

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