建筑抗震設(shè)計(jì)研究

李 黎扈青素

(1濮陽(yáng)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南 濮陽(yáng) 457000 2河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，河南省鄭州市 450003)

建筑抗震設(shè)計(jì)研究

李 黎1扈青素2

(1濮陽(yáng)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，河南 濮陽(yáng) 457000 2河南省建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站，河南省鄭州市 450003)

建筑是人們?yōu)榱藵M足社會(huì)生活需要，利用所掌握的物質(zhì)技術(shù)手段，并運(yùn)用一定的科學(xué)規(guī)律和美學(xué)法則創(chuàng)造的人工環(huán)境。一個(gè)良好的建筑抗震設(shè)計(jì)，不僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分。它還應(yīng)該從建筑設(shè)計(jì)入手，充分重視抗震設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的重要性。本文從建筑設(shè)計(jì)、立面設(shè)計(jì)、豎向布置設(shè)計(jì)、抗震縫設(shè)置等角度分析建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，分析了建筑抗震設(shè)計(jì)的機(jī)理，分析建筑抗震的實(shí)際效果，以提高建筑抗震性能。

建筑設(shè)計(jì)；抗震；結(jié)構(gòu)；性能提升

1 引言

近些年我國(guó)地震頻發(fā)，特別是2008年之后，我國(guó)接連發(fā)生汶川（四川）、玉樹(shù)（青海）的大地震。地震給人們的生活帶來(lái)了不可挽回的破壞，使人們的身心、財(cái)產(chǎn)受到巨大的損失。特別是一旦發(fā)生強(qiáng)地震，引起房屋的倒塌，不但造成財(cái)產(chǎn)的隨時(shí)，還會(huì)因?yàn)榉课莸牡顾斐煞课葜械娜硕问軅目赡?。因此，無(wú)論是普通老百姓，建筑專業(yè)人士都越來(lái)越關(guān)注建筑的抗震性能。歷次地震災(zāi)害都表明，建筑物的破壞是城市地震災(zāi)害的主要形式，也是造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。建筑抗震性能直接關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)高度重視建筑抗震設(shè)計(jì)，確保人們生命財(cái)產(chǎn)的安全。

2 建筑抗震設(shè)計(jì)的意義

傳統(tǒng)的建筑抗震設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)工程師的工作。它是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分，經(jīng)過(guò)精確的力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算，而建筑師只是參與建筑物的結(jié)構(gòu)、建筑形態(tài)的設(shè)計(jì)，并沒(méi)有考慮建筑物抗震設(shè)計(jì)。如果建筑師在設(shè)計(jì)建筑時(shí)不考慮建筑物的抗震性能，只是考慮建筑物的建筑形態(tài)，那么就可能提供的建筑設(shè)計(jì)方案沒(méi)有考慮到建筑物的抗震要求，甚至違背了抗震概念設(shè)計(jì)的基本原則，就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的地震易損性點(diǎn)的設(shè)計(jì)，給抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的困難。它們會(huì)造成更高的成本，不必要的投資，或使建筑布局受到限制，甚至導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理。一旦發(fā)生地震就會(huì)造成無(wú)法挽回的后果。相反，建筑師在施工方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段，考慮建筑功能、空間組合、立面造型及周圍環(huán)境，結(jié)構(gòu)工程師就會(huì)使得設(shè)計(jì)的建筑物的構(gòu)件系統(tǒng)更加合理，就會(huì)使得質(zhì)量和剛度分布以及由此產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形更加均衡，使建筑結(jié)構(gòu)和抗震性能得到改善和增強(qiáng)。要想解決建筑的抗震，應(yīng)該從最開(kāi)始著手，建筑設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮建筑的抗震。

3 地震破壞建筑的因素

只有了解地震是怎樣破壞建筑物的，才能明白在哪一方面加強(qiáng)建筑物的抗震設(shè)計(jì)，才能使結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗地震破壞。

地震是由深部地下的巖石斷裂引起的，這會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)期累積能量突然釋放。能量會(huì)以地震波的形式向各個(gè)方向傳播，從而產(chǎn)生某些區(qū)域的振動(dòng)。建筑物位于地球的表面，在地震作用下，建筑物受到破壞的方式主要是地震波傳播方式的影響。地震波的傳播方式有三種：縱波、橫波和表面波。其中，縱波使地面向上和向下振動(dòng)，處于地球表面的建筑物也會(huì)隨著上下震動(dòng)，底層承重柱或墻壁荷載會(huì)突然急劇增加，再加上建筑物自身上半部的重量，如果重量超出了底層承重柱或墻壁的承載能力，底層承重柱或墻壁就會(huì)倒塌，導(dǎo)致上層建筑逐漸崩潰。橫波是可以使地面的間距和擺動(dòng)。表面波是一種在縱波和橫波在地面上相遇時(shí)產(chǎn)生的混合波，具有大的波長(zhǎng)和高的振幅。它只能沿著地面?zhèn)鞑?。這兩種波會(huì)使建筑物的晃動(dòng)，相當(dāng)于沿水平方向反復(fù)地施加來(lái)回的力量到一個(gè)建筑物。如果底部的柱或墻沒(méi)有足夠的強(qiáng)度或變形能力，整個(gè)建筑將彎曲或傾倒向同一方向。這種破壞模式在地震災(zāi)區(qū)較為常見(jiàn)，是使建筑受到嚴(yán)重破壞的主要因素。在許多情況下，三種波同時(shí)發(fā)生，造成建筑物的破壞。建筑的扭轉(zhuǎn)性能往往是很差的，所以建筑物很容易發(fā)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)。在地震災(zāi)區(qū)，部分建筑的倒塌，主要是由于這類問(wèn)題。

4 建筑抗震設(shè)計(jì)

由于建筑方案評(píng)價(jià)準(zhǔn)則更注重造型新穎、造型奇特，投資者也更加注重建筑的外觀，許多建筑師都傾向于在建筑創(chuàng)作中追求外觀形式。雖然這些建筑作品可能會(huì)出現(xiàn)更好的視覺(jué)效果，但是在突然的地震災(zāi)害的情況下，他們似乎很無(wú)力。這是因?yàn)檫`規(guī)設(shè)計(jì)對(duì)建筑物的抗震性能造成嚴(yán)重的影響?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑抗震概念設(shè)計(jì)的要求，指出建筑造型的規(guī)律性。應(yīng)采取措施加強(qiáng)不規(guī)則房屋的抗震性能。特別是不規(guī)則房屋的規(guī)劃應(yīng)特別研究。不得使用不規(guī)范的建筑物。本文將從以下幾個(gè)方面探討建筑師應(yīng)注意的問(wèn)題。

4.1 建筑面板設(shè)計(jì)

平面布置圖是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中非常重要的一部分，它直接反映了建筑的功能和要求。柱子之間的距離，墻的布置和空間大小會(huì)影響到建筑物的抗震性能。例如，建筑物的功能是不同的，每個(gè)樓層的房間布局可能會(huì)有所不同，導(dǎo)致一些外圍填充墻和分區(qū)的不對(duì)稱性。因此，這樣的建筑物將在地震中扭轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致部分結(jié)構(gòu)破壞。至于其他的一些建筑，電梯井是很硬的，位于一個(gè)角落，往往建筑物的一側(cè)上的電梯在地震中嚴(yán)重?fù)p壞。這是因?yàn)殡娞菥哂泻軓?qiáng)的抗側(cè)力剛度，吸引了地震作用的主要部分。在一些建筑中，許多墻壁都放在一邊，另一邊只有少數(shù)，或者房間的功能分布非常不同，導(dǎo)致平面剛度分布的不對(duì)稱性。質(zhì)量分布也不同，所以對(duì)結(jié)構(gòu)受力和變形不協(xié)調(diào)，地震時(shí)建筑會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。因此，建筑平面設(shè)計(jì)對(duì)地震構(gòu)造有很大的影響。從最基本的角度來(lái)解決的核心問(wèn)題，所以建筑平面設(shè)計(jì)應(yīng)使均勻分布和對(duì)稱協(xié)調(diào)的質(zhì)量和剛度的結(jié)構(gòu)，避免突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在一般情況下，應(yīng)將建筑的功能與結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行整合，充分發(fā)揮建筑抗震設(shè)計(jì)的作用，為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

4.2 建筑立面設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中的建筑立面和造型設(shè)計(jì)往往是很難的，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到建筑的外觀。建筑造型包括建筑平面形狀和主題空間形態(tài)設(shè)計(jì)。復(fù)雜平面形狀的許多零件在地震中受到不同程度的破壞，抗震性能較差。那些簡(jiǎn)單、普通的平面形狀的建筑物在地震中沒(méi)有受到嚴(yán)重的破壞，有的甚至保持完好。類似地，那些具有高度復(fù)雜和不規(guī)則形狀的建筑物在地震中也被破壞了。特別是建筑物的剛度突變更容易被破壞。因此，建筑造型的設(shè)計(jì)應(yīng)使平面和空間盡可能的簡(jiǎn)單、規(guī)則化。布局應(yīng)使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度均勻地分布，所以建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛性的中心是一致的，以避免扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4.3 豎向布局設(shè)計(jì)

在建筑設(shè)計(jì)中，垂直布局問(wèn)題主要反映在建筑物高度的質(zhì)量和剛度分布上。無(wú)論是單、多層或高層建筑，這是不可忽視的問(wèn)題了。質(zhì)量和剛度的波動(dòng)不同，形成突變，甚至導(dǎo)致“抗震性能差薄弱層”。這是一個(gè)重要的問(wèn)題，應(yīng)引起高度重視。許多嚴(yán)重的地震都表明，建筑物的豎向樓層剛度的過(guò)度變化很容易造成建筑物的破壞，甚至使建筑物倒塌。因此，建筑師應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)連續(xù)墻和柱，使受力墻布置均勻，使其在建筑物底部均勻，以避免在地震時(shí)的剛度不均勻分布引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

5 結(jié)論

地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，很難計(jì)算出復(fù)雜度和不確定性。到目前為止，還不可能用科學(xué)和技術(shù)手段預(yù)測(cè)短期或即將發(fā)生的地震，或者準(zhǔn)確估計(jì)地震中建筑物的變形參數(shù)。只有通過(guò)計(jì)算是很難保證建筑物的抗震性能。因此，在建筑設(shè)計(jì)階段，建筑師應(yīng)考慮到建筑創(chuàng)作中的地震問(wèn)題，制定出一個(gè)優(yōu)美、實(shí)用、合理的方案，并滿足抗震標(biāo)準(zhǔn)要求。

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TU7

B

1007-6344（2016）02-0091-01

李黎（1978年6月）女，漢族，重慶大學(xué)， 土木工程專業(yè)，本科學(xué)歷，主要從事質(zhì)量監(jiān)督工作。

扈青素(1970年3月)，女，漢族，中央廣播電視大學(xué)，土木工程專業(yè)，本科學(xué)歷，主要從事質(zhì)量監(jiān)督工作。