建筑抗震設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)手法的應(yīng)用研究

陳亮 魏欣

【摘要】在建筑設(shè)計(jì)中對(duì)抗震要求的要求，在總體上能發(fā)揮著控制主導(dǎo)的作用。本文通過(guò)簡(jiǎn)單分析建筑設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，并重點(diǎn)探討建筑設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中的幾個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)計(jì) 建筑設(shè)計(jì) 平面布置

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。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很難對(duì)建筑設(shè)計(jì)有較大的修改，建筑設(shè)計(jì)定了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則上只能是服從于建筑設(shè)計(jì)的要求。如果建筑師能在建筑方案。初步設(shè)計(jì)階段中較好地考慮抗震的要求，則結(jié)構(gòu)工程師就可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布以及相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)受力與變形比較均勻協(xié)調(diào)，使建筑結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)沒(méi)有很好地考慮抗震要求，那就會(huì)給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)較多困難，使結(jié)構(gòu)的抗震布置和設(shè)計(jì)受到建筑布置的限制，甚至造成設(shè)計(jì)的不合理。有時(shí)為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力，不得不增大構(gòu)件的截面或配筋用量，造成不必要的投資浪費(fèi)。由此可見(jiàn)，建筑設(shè)計(jì)是否考慮抗震要求，對(duì)整個(gè)建筑起著很重要的作用。因此，我們?cè)诮ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)過(guò)程中特別要注重以下幾個(gè)問(wèn)題。

1建筑設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)的關(guān)系

建筑設(shè)計(jì)與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間有著緊密的聯(lián)系，只有在設(shè)計(jì)階段充分考慮抗震因素，才能為建筑后期的抗震設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。建筑設(shè)計(jì)是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑設(shè)計(jì)的改動(dòng)較小。當(dāng)建筑設(shè)計(jì)已初步形成后，建筑結(jié)構(gòu)就應(yīng)根據(jù)原則遵照設(shè)計(jì)的要求。在建筑設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)師應(yīng)充分考慮到建筑的抗震設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)建筑方案合理、科學(xué)布置結(jié)構(gòu)部件，保證建筑結(jié)構(gòu)剛度的均勻分布，使建筑結(jié)構(gòu)的受力與變形能相互協(xié)調(diào)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的承載能力及抗震性能。在建筑設(shè)計(jì)若不考慮到建筑的抗震性能要求，就會(huì)導(dǎo)致建筑布局設(shè)計(jì)限制抗震布局設(shè)計(jì)。通常情況下，為了提高建筑結(jié)構(gòu)部件的承載能力與抗震性能，則要增加結(jié)構(gòu)的截面面積，但會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。因此在建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)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(wèn)題進(jìn)行分析。

2建筑設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題

2.1體型設(shè)計(jì)

建筑體型設(shè)計(jì)主要涉及到建筑平面形狀與主體空間形狀兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)。建筑的平面形狀較為復(fù)雜，若平面上的凹進(jìn)、外凸、伸懸及不對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼布置等情況在地震中最容易出現(xiàn)破壞。而平面形狀簡(jiǎn)單的建筑在地震中的破壞程度較輕。因此在建筑體型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保證簡(jiǎn)潔、規(guī)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(nèi)凹或外凸體型，也需盡量減少不對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼及過(guò)長(zhǎng)的伸翼。在建筑體型設(shè)計(jì)中應(yīng)使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與剛度均勻分布，以防出現(xiàn)因體型不對(duì)稱(chēng)引起的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

2.2平面布置設(shè)計(jì)

作為建筑設(shè)計(jì)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(guān)系密切。在建筑平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與剛度的分布均勻，以防建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。建筑墻體的布置必須要均勻?qū)ΨQ(chēng)，且抗震墻的布置也要與結(jié)構(gòu)抗震要求之間相一致。對(duì)于剛度較大的樓層，電梯井的布置應(yīng)居中、簡(jiǎn)要，以防產(chǎn)生偏心扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)。建筑平面布置要為建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布置提供基礎(chǔ)，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(fā)揮建筑抗震設(shè)計(jì)中建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)作用。

2.3豎向布置設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)中的豎向布置設(shè)計(jì)能直接反映出建筑高度結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(chǎng)、購(gòu)物中心，在建筑設(shè)計(jì)上要求大柱距、大空間； 而較高的樓層主要是寫(xiě)字樓、公寓樓等，其低層設(shè)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(zhì)量與剛度均出現(xiàn)一定程度的不協(xié)調(diào)、不均勻狀態(tài)，主要的問(wèn)題為沿上下相鄰樓層的質(zhì)量與剛度之間的分布不均，容易產(chǎn)生突發(fā)變形。在質(zhì)量與剛度最差的樓層容易產(chǎn)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(shè)計(jì)中，由于建筑的使用功能不同，容易出現(xiàn)上下相鄰樓層的墻體不對(duì)齊、柱子、齊墻體不連續(xù)、上層墻多有柱、下層墻少無(wú)柱等請(qǐng)情況，從而導(dǎo)致地震力的傳遞受阻，使剪力墻設(shè)置無(wú)法直通到底層，再加上剪力墻布置不對(duì)稱(chēng)，都會(huì)導(dǎo)致建筑物的抗震作用產(chǎn)生不均勻、不對(duì)稱(chēng)的情況，容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用，從而影響建筑的抗震性能。

2.4 建筑設(shè)計(jì)的限值控制

根據(jù)我國(guó)近年來(lái)地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)建筑設(shè)計(jì)中一些必須考慮抗震要求的限值控制提出了明確的規(guī)定。因此在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要遵守以下兩點(diǎn)： （1） 建筑的層數(shù)及總高度； （2） 對(duì)建筑抗震的橫墻問(wèn)題及局部墻體尺寸的限值控制問(wèn)題。

2.5 建筑屋頂?shù)目拐鹪O(shè)計(jì)

屋頂設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)內(nèi)容，尤其是在現(xiàn)代高層與超高層建筑設(shè)計(jì)中，屋頂設(shè)計(jì)問(wèn)題更為重要。根據(jù)近年來(lái)高層建筑抗震設(shè)計(jì)的審查結(jié)果可以看出，在建筑屋頂設(shè)計(jì)中主要存在過(guò)高或過(guò)重兩個(gè)問(wèn)題。當(dāng)建筑屋頂設(shè)計(jì)過(guò)高或過(guò)重時(shí)，不僅會(huì)使建筑的變形量

較大，還會(huì)使地震作用加大，都會(huì)影響建筑屋頂及其下建筑物的抗震性能。當(dāng)屋頂建筑與下部建筑的重心不處于同一條線(xiàn)時(shí)，尤其是當(dāng)屋頂建筑的抗側(cè)力墻和下部建筑的抗側(cè)力墻體不連續(xù)時(shí)，就容易產(chǎn)生地震的扭轉(zhuǎn)作用，從而影響建筑的抗震性能。因此在屋頂建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡可能降低其高度，并采用一些高強(qiáng)輕質(zhì)材料，通過(guò)保證建筑結(jié)構(gòu)剛度的均勻分布，使屋頂與下部建筑的重心點(diǎn)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(yīng)學(xué)習(xí)和應(yīng)用先進(jìn)的建筑抗震技術(shù)

3.1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在建筑抗震領(lǐng)域的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的開(kāi)始研究出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代的發(fā)達(dá)國(guó)家，在20世紀(jì)90年代被引進(jìn)到建筑學(xué)領(lǐng)域，其中的多主體仿真技術(shù)被更多地運(yùn)用于建筑學(xué)專(zhuān)業(yè)中疏散模擬（包括地震災(zāi)害下人員緊急逃生）的研究。日本作為地震多發(fā)國(guó)家之一，其地震多主體計(jì)算仿真技術(shù)一直位于世界前列，并取得成效，可通過(guò)運(yùn)算將地震發(fā)生時(shí)人員的逃生路徑，出口等以3d動(dòng)畫(huà)形式顯示出來(lái)。多主體仿真技術(shù)已成為建筑物內(nèi)人員逃生的訓(xùn)練工具和建筑物抗震評(píng)價(jià)手段，并為建筑設(shè)計(jì)提供完善的科學(xué)依據(jù)。

3.2 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與建立實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

當(dāng)建筑師在設(shè)計(jì)抗震重要性很高和建筑體型很特殊的建筑物時(shí)，對(duì)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)實(shí)施可行性除了要以現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)證，還要借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與建立實(shí)體模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。日本名古屋的。mode螺旋塔學(xué)園。是一座自由形體的超高層建筑，在多震國(guó)家建造體型很不規(guī)則的建筑物無(wú)疑是一個(gè)挑戰(zhàn)，然而建筑設(shè)計(jì)通過(guò)建立實(shí)體模型和計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，使得設(shè)計(jì)方案可行實(shí)施：其抗震原理是把建筑物比作一顆樹(shù)木，基礎(chǔ)是樹(shù)根，內(nèi)桁架鋼管是樹(shù)干，外圍列柱是樹(shù)枝，邊梁和大梁是樹(shù)杈，設(shè)計(jì)中對(duì)各部位的屈服強(qiáng)度及塑性進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)達(dá)到抗震要求。

4結(jié)語(yǔ)

為做出一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]CBJ11-89建筑抗震設(shè)計(jì)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005

[2]包世華，方鄂華高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002