淺談建筑設(shè)計(jì)方案中抗震設(shè)計(jì)思路

張 震，靳曉玲

（遼寧省城市建筑設(shè)計(jì)院，沈陽(yáng) 110016）

淺談建筑設(shè)計(jì)方案中抗震設(shè)計(jì)思路

張 震，靳曉玲

（遼寧省城市建筑設(shè)計(jì)院，沈陽(yáng) 110016）

本文主要對(duì)如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一抗震設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)方案之間的矛盾進(jìn)行論述，分別分析抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展變化特點(diǎn)及建筑設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)。通過(guò)積累的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)外成功的建筑設(shè)計(jì)作品，以及運(yùn)用現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)科學(xué)技術(shù)手段，使抗震設(shè)計(jì)更好的融入建筑設(shè)計(jì)方案之中；讓建筑設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)更加合理，讓建筑更加實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、安全，使之成為優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)作品。

建筑設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)；合理設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)體系

0 引言

隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，建筑物的外形越來(lái)越新穎多變，建筑物的高度也越來(lái)越高。這也使得建筑設(shè)計(jì)師與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師之間的矛盾越來(lái)越突出，其主要矛盾的由來(lái)就是建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求。我國(guó)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，尤其是對(duì)高層建筑的體形等多方面有明確限制要求。這使得建筑設(shè)計(jì)師在建筑設(shè)計(jì)方案階段，眾多新穎、創(chuàng)新的思路不能更好表達(dá)出來(lái)。如何讓新穎建筑設(shè)計(jì)方案更加合理呢？結(jié)合近幾年設(shè)計(jì)積累的經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)建筑設(shè)計(jì)資料，將建筑設(shè)計(jì)中的體會(huì)和心得同大家共同分享。

1 抗震設(shè)計(jì)

我國(guó)現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的歷史：我國(guó)較為系統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)文件（試行）始于1974年，在此之前雖然也做了大量的資料及數(shù)據(jù)收集工作，但由于之前的建筑物層數(shù)較低，平面布局較為簡(jiǎn)單，地震發(fā)生地點(diǎn)多為偏遠(yuǎn)、人稀地區(qū)，震害影響較小，具體經(jīng)驗(yàn)不足，一直未能形成統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定。但在1975年的海城及1976年的唐山，發(fā)生的地震均在城市及周邊人口密集地區(qū)發(fā)生，由于城市發(fā)展，多層建筑及住宅區(qū)域劃分使人口非常密集，地震發(fā)生后造成了巨大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)唐山、海城地震震害的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)1974年試行規(guī)范進(jìn)行修改，于1979年正式發(fā)布了抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。其后，于1989年修訂改版。20世紀(jì)八、九十年代，新型建筑、高層建筑越來(lái)越多，人口也越來(lái)越集中。地震災(zāi)害造成的損失也越來(lái)越巨大，例如：1999年臺(tái)灣9·21大地震等。規(guī)范于2001年再修訂改版。2008年汶川大地震又同樣造成巨大損失。2010年抗震規(guī)范再次修訂改版。這些血的教訓(xùn)時(shí)刻提醒著我們抗震設(shè)計(jì)的重要性。通過(guò)震區(qū)震后的工程實(shí)例，我們可以看到，采取抗震設(shè)計(jì)的房屋，所受的地震破壞程度大幅度降低，但是由于地震災(zāi)害的不可預(yù)見(jiàn)性及復(fù)雜性的特點(diǎn)，也要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不能照本宣科，還須具體工程具體分析。雖然抗震設(shè)計(jì)規(guī)范多次修改，但我國(guó)抗震設(shè)計(jì)的基本思想變化不大。對(duì)于建筑形體設(shè)計(jì)要求還是平面基本規(guī)則，豎向規(guī)則，整體建筑簡(jiǎn)單為主。這些抗震設(shè)計(jì)的基本要求是限制建筑設(shè)計(jì)方案發(fā)展的最主要一點(diǎn)。

2 建筑設(shè)計(jì)方案

建筑設(shè)計(jì)方案是建筑設(shè)計(jì)的核心，建筑設(shè)計(jì)方案的初步確定，是建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)使用者提出的建筑主要使用功能，結(jié)合該功能建筑的特點(diǎn)、建設(shè)地點(diǎn)及周邊環(huán)境特點(diǎn)等綜合因素考慮而形成的。同時(shí)方案設(shè)計(jì)也受到建設(shè)資金、使用方的一些想法等因素制約?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)并不是一味地追求新奇特，而是讓外部立面設(shè)計(jì)上更能貼近現(xiàn)代審美要求，使內(nèi)部空間更適用于現(xiàn)代生活之需要。一個(gè)優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)方案是在突出個(gè)性特點(diǎn)基礎(chǔ)上，更完善的處理解決各個(gè)方面產(chǎn)生的矛盾。

3 抗震設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)方案

抗震設(shè)計(jì)與建筑方案雖然在多方面表現(xiàn)是矛盾的，但不是不可協(xié)調(diào)的。設(shè)計(jì)師們廣開(kāi)思路，運(yùn)用現(xiàn)代科技手段，是可以設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的建筑作品的。

1）對(duì)于建筑外部整體平面布局的設(shè)計(jì)要求?？蓪?fù)雜的建筑平面進(jìn)行分割設(shè)計(jì)，采用設(shè)置變形縫的方法，將其分成若干個(gè)規(guī)整單元，既能滿足抗震規(guī)范要求，也不會(huì)破壞平面使用功能和整體造型。對(duì)于有些觀點(diǎn)提出的變形縫不好看，影響立面效果，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)將該部位兩側(cè)主體錯(cuò)位設(shè)計(jì)方法，即利用視覺(jué)差，弱化人們對(duì)變形縫的直觀感覺(jué)；對(duì)于要徹底消除變形縫影響，則需借助外裝飾構(gòu)件，可采取外裝飾幕墻等輕質(zhì)構(gòu)件對(duì)外立面的變形縫進(jìn)行裝飾處理。抗震設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)主體設(shè)置變形縫，并規(guī)定相應(yīng)變形縫寬度，是防止在地震時(shí)建筑物間晃動(dòng)、碰撞造成結(jié)構(gòu)主體的破壞，由于輕質(zhì)外裝飾構(gòu)件會(huì)在地震時(shí)變形破壞，不會(huì)對(duì)建筑物主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用。所以，通過(guò)輕質(zhì)外裝飾材料的設(shè)置，可以解決由于設(shè)置變形縫引來(lái)的美觀問(wèn)題，并且不會(huì)影響到結(jié)構(gòu)主體抗震性能。

2）對(duì)于住宅類型建筑：由于其使用功能單一，房間分隔墻較多，結(jié)構(gòu)沿豎向布局比較均勻，一般只是平面形狀變化較大，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師按照建筑平面方案合理布置結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件，采用框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等一般常規(guī)結(jié)構(gòu)形式都可以滿足本地區(qū)抗震設(shè)計(jì)要求。對(duì)于高層住宅底部要求設(shè)置商業(yè)用途的建筑，應(yīng)該優(yōu)先選用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系。有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不愿意做轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，認(rèn)為轉(zhuǎn)換了，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜了，造價(jià)增加了，往往在設(shè)計(jì)中過(guò)度減小剪力墻長(zhǎng)度、剪力墻開(kāi)較大洞口的方法，來(lái)滿足建筑對(duì)底部大空間的使用要求。但即使是這樣做也不會(huì)完全適應(yīng)建筑功能的要求，同時(shí)由于剪力墻不適當(dāng)減少及剪力墻的不合理布置，也影響到建筑整體的抗震性能，造成結(jié)構(gòu)配筋不合理。合理的采用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系，既不會(huì)給建筑物抗震帶來(lái)不利影響，也不會(huì)過(guò)多的增加工程整體造價(jià)。建筑功能上可以最大限度地滿足建筑設(shè)計(jì)方案的初衷，結(jié)構(gòu)的抗震性能達(dá)到優(yōu)化，使建筑物整體含鋼量達(dá)到最低。

3）對(duì)于公建類型建筑：由于其平面使用功能的不確定性，各個(gè)樓層間使用功能不統(tǒng)一的特點(diǎn)，故不宜過(guò)多采用剪力墻，剪力墻設(shè)置應(yīng)在電梯間、樓梯間等較為固定使用空間的部位。要求建筑設(shè)計(jì)師在平面布局中加以考慮，在考慮建筑功能需要的同時(shí)，也兼顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理性布置。由于對(duì)空間的需求，框架體系元素更多地運(yùn)用在公建類型的建筑中。由于建筑高度較高，各層使用荷載較大，使得鋼筋混凝土框架柱截面一般較大，即使是采用高標(biāo)號(hào)混凝土的鋼筋混凝土柱截面也會(huì)很大；適當(dāng)在抗震性能要求較高的部位，采用型鋼混凝土及鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)體系更加合理，既有混凝土結(jié)構(gòu)的剛度，又有鋼結(jié)構(gòu)的良好延展性，可以讓該混合結(jié)構(gòu)在抵抗地震災(zāi)害時(shí)發(fā)揮最大的作用。對(duì)于大跨度的框架梁，也可以多采用型鋼結(jié)構(gòu)及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，既可以提高建筑的水平抗震性能，也有效的降低框架梁的高度。對(duì)于預(yù)應(yīng)力梁的運(yùn)用，不建議大量使用，雖然預(yù)應(yīng)力梁的采用可以降低框架梁的高度，但其性質(zhì)類同于普通鋼筋混凝土梁，且對(duì)梁端約束要求較大，協(xié)調(diào)變形能力一般。

4）隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑的高度已經(jīng)不是制約建筑設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題了，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的抗震模擬計(jì)算，使更多的高層建筑的設(shè)計(jì)方案得以優(yōu)化。高層建筑設(shè)計(jì)方案中存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)體系的選擇，隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)柱截面會(huì)增大，剪力墻數(shù)量也會(huì)增多，對(duì)建筑內(nèi)部平面功能影響較大。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)先選擇框架結(jié)構(gòu)，然后框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，最后選擇框筒結(jié)構(gòu)以及鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)。認(rèn)為這樣可以節(jié)省造價(jià)。實(shí)際上這是一個(gè)誤區(qū)，只有根據(jù)建筑使用功能特點(diǎn)，合理選用結(jié)構(gòu)形式才是降低成本的最好途徑。隔震設(shè)施及減震設(shè)施已在許多工程得到了應(yīng)用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)地震模擬實(shí)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)外一些實(shí)際工程中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，會(huì)逐步在更多的現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用及發(fā)展，也會(huì)給建筑設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)作帶來(lái)最大的自由度。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，抗震設(shè)計(jì)也是關(guān)乎人民生命安全的頭等大事。建筑設(shè)計(jì)師與結(jié)構(gòu)工程師之間的工作是密不可分的，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)更多了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理及構(gòu)造，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)更大膽放開(kāi)，多利用現(xiàn)代科技手段，幫助建筑設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)更多新穎、豐富多彩的建筑作品。

[1]林同炎，思多臺(tái)斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]尹青.建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思與創(chuàng)意[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002.

[3]GB 50011—2010，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

TU398

A

1673-1093（2015）03-0058-03

張震（1975），男，畢業(yè)于東北大學(xué)，高級(jí)工程師。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.03.013

2014-12-18；

2015-01-04