淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震功能

肖航

摘要：建筑的抗震功能越來越引起人們的重視，尤其是在我國經(jīng)歷過幾次較大的地震災(zāi)害之后，無論是商品房還是公共建筑，其抗震等級都受到人們極大的關(guān)注。在本篇文章中，作者僅從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的層面出發(fā)，淺談建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計對其本身抗震功能的貢獻(xiàn)，希望能夠與廣大建筑設(shè)計同行進(jìn)行業(yè)務(wù)和專業(yè)上的交流。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑抗震、貢獻(xiàn)

近些年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑作為一個突出的展示我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的一個指標(biāo)被世人所矚目。然而，在人們?yōu)榱艘粭潡澃蔚囟鸬慕ㄖ蚪驑返赖臅r候，對于建筑各方面的擔(dān)心開始浮出水面。拋開建筑本身的質(zhì)量不談，單從建筑本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面出發(fā)，出于對抗震安全性的考慮，很多建筑的安全性也值得我們商榷?，F(xiàn)代社會，隨著各式各樣形形色色的建筑興起的同時，人們對于安全的考量達(dá)到了前所未有的高度，特別是在2008年5月12日汶川和2010年4月14日發(fā)生特大地震以后，房屋和建筑的抗震功能也被提到了前所未有的高度。

一、建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念

在我國，現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001）采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)為建筑的設(shè)計準(zhǔn)則，從而使得建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的原則，這其中對不地震安全的考量占據(jù)了很大的篇幅。從現(xiàn)實的情況來看，建筑本身是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，在遇到極具隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性的地震災(zāi)害的時候，其被破壞的過程和機(jī)理十分復(fù)雜。再加上與結(jié)構(gòu)相關(guān)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時效、阻尼變化等多種因素帶來的不確定性，使得單純依賴“計算設(shè)計”來解決問題變得難上加難。因此，考慮建筑的抗震特性設(shè)計必須立足與工程抗震基本理論與實際抗震的經(jīng)驗總結(jié)來進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計，既要注意總體布置上的大原則，又應(yīng)該顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)構(gòu)造，從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。一句話，建筑的抗震機(jī)構(gòu)依賴于理論聯(lián)系實際，大原則結(jié)合小細(xì)節(jié)。

二、建筑抗震設(shè)計的基本原則

建筑抗震設(shè)計是目前全球建筑業(yè)共同關(guān)注的熱門話題，隨著在建和設(shè)計中的高樓越來越高，形狀越來越超前，這一話題必然會持續(xù)升溫。目前，國內(nèi)外通用的建筑抗震設(shè)計有幾個大的原則必須遵循。

1、合理的工程選址

對于建筑抗震首先是對地基的考慮，只有一座建筑的地基穩(wěn)固，才能保證建筑本身的抗震能力。地基的穩(wěn)固在很大程度上又依賴于工程選址的合理性。因此，在進(jìn)行建筑設(shè)計之初，必須對選址的地形地貌尤其是地質(zhì)情況進(jìn)行全面了解。例如，在上海這樣的江河沖積而成的三角洲地帶，由于地質(zhì)比較松軟，不適于進(jìn)行超高摩天大樓的建設(shè)，單純通過對建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)整來進(jìn)行抗震能力的提升，理論和實際上都是不可行的。通常，理想的建筑場地為開闊平坦地帶的堅硬場地土或密實均勻中硬場地土。工程選址通常被放到建筑設(shè)計的第一步進(jìn)行考慮，足見其重要性。

2、建筑的整體結(jié)構(gòu)

通常，越是簡單的結(jié)構(gòu)，其抗震的效果越好。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們審美觀點的變遷，對于建筑本身的形狀要求越來越高，越來越多的建筑在追求與眾不同和新奇的外觀，這不僅是對建筑本身難度的提升，同時也為建筑的抗震效果提出了很大的挑戰(zhàn)。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)和形狀的設(shè)計時，簡單、規(guī)則、對稱結(jié)構(gòu)容易準(zhǔn)確計算其地震反應(yīng)，可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑，容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。另外，簡單和規(guī)則意味著建筑外觀的大方，再輔以內(nèi)部對稱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對建筑的抗震性能提升有很大的益處。

3、合理的結(jié)構(gòu)體系

建筑的結(jié)構(gòu)體系關(guān)乎到建筑本身的力學(xué)結(jié)構(gòu)特點，不同的結(jié)構(gòu)體系適用于不同的建筑類型。例如混合結(jié)構(gòu)體系適用于6層以下建筑，橫向剛度大，整體性好但是平面靈活性差；框架結(jié)構(gòu)體系利用梁柱組成的縱、橫向框架，同時承受豎向載荷及水平載荷的結(jié)構(gòu)，適用于15層以下的建筑；而剪力墻結(jié)構(gòu)利用建筑物的縱、橫墻體承受豎向載荷及水平載荷結(jié)構(gòu)，側(cè)向剛度大且水平載荷作用側(cè)移小但是剪力墻間距小，建筑平面布局不靈活，不適合大空間要求的公共建筑。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)建筑的設(shè)計功能和設(shè)計規(guī)模，選擇不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)體系，是從大處著手構(gòu)建建筑抗震性能的一個基本原則，也是建筑抗震性能形成的一個基礎(chǔ)條件。如果建筑的基本結(jié)構(gòu)選擇的不合理，那么抗震性能將會無從談起，即使后續(xù)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理的再為完美也會無濟(jì)于事。

4、建筑結(jié)構(gòu)的延展性

建筑結(jié)構(gòu)的延展指的是當(dāng)建筑本身受到大的外力影響的時候建筑的變形能力，而建筑的變形往往能夠卸掉一部分的外力，作用于建筑本身破壞的能量就會有一定程度地降低。這一點越是充分，建筑本身的安全性越好，抗震性能越是突出。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)該始終遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點、弱錨固”的原則，在遇到地震或者類似的強(qiáng)烈不可抗力影響的時候，盡量采用結(jié)構(gòu)的彎曲區(qū)服來代替剪切區(qū)服，由于彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件。因此，出于對建筑抗震性能的考慮，在結(jié)構(gòu)和材料上對建筑的延展性進(jìn)行設(shè)計，是建筑抗震性設(shè)計的重要步驟。

三、結(jié)構(gòu)布置對抗震效果的影響

建筑結(jié)構(gòu)布置的合理與否對于該建筑的抗震性能有著十分重要的作用，是建筑的抗震設(shè)計必須要考慮的步驟。特別是目前高層建筑的設(shè)計和建設(shè)過程中，對于建筑結(jié)構(gòu)的合理布局，是建筑抗震達(dá)到抗震等級的一個基礎(chǔ)。在實踐過程中，結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向載荷，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下，建筑平面應(yīng)力求簡單規(guī)則，風(fēng)力作用下可適當(dāng)放寬。在高層建筑中，樓電梯間的合理布置是一個必須認(rèn)真考慮的題目。通常為了防止樓板消弱后產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中，樓電梯間不宜設(shè)在平面凹角部位和端部角區(qū)，但建筑布置上，往往又需要從其實際功能進(jìn)行考慮，往往在上述部位進(jìn)行電梯間的設(shè)置。由于這樣的矛盾存在，電梯間應(yīng)當(dāng)采用剪力墻桶體進(jìn)行加強(qiáng)。通常，抗震設(shè)計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，極有可能造成建筑質(zhì)心的偏移，因此需要平面布置簡單和相對規(guī)則。有時候，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面性狀和結(jié)構(gòu)布置使之變成有規(guī)則的機(jī)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防震縫將整體建筑劃分為簡單的幾個結(jié)構(gòu)單元，以防止地震時因為伸縮造成建筑物的損壞甚至倒塌。

總結(jié)：建筑的抗震性業(yè)已成為了建筑設(shè)計的一個基礎(chǔ)問題，也是必須要考慮的一個重要環(huán)節(jié)。對建筑抗震性基本原則的遵守和對隔震這種典型設(shè)計結(jié)構(gòu)的靈活使用以及對抗震性的數(shù)學(xué)分析模型的建立，都是對建筑設(shè)計行業(yè)向前發(fā)展的推動力量，需要整個行業(yè)的專業(yè)人才共同推動，為人類建造出更舒適更安全的房屋和建筑。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50011-2010.2010.

[2]田其豐.框架結(jié)構(gòu)橡膠墊基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)研究.西北工業(yè)大學(xué)，2004.