建筑設(shè)計(jì)中的建筑抗震設(shè)計(jì)研究

李海銘

摘 要：近年來(lái)，地震的發(fā)生頻率越來(lái)越多，人們的抗震意識(shí)也在逐步加強(qiáng)，建筑防震就是防震的一個(gè)很重要組成部分，地震是隨機(jī)性的，所以對(duì)地震的預(yù)防是非常困難的，但是在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建筑物的抗震設(shè)計(jì)可以有效的減少很多不必要的傷亡，極大的保護(hù)了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；抗震性能；設(shè)計(jì)方法

一、建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題

地震造成人員傷亡的直接原因是地表的破壞和建筑物、工程設(shè)施的破壞與倒塌。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。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、建筑體型設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題

建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明，許多平面形狀復(fù)雜，如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過(guò)多伸懸、不對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞，有的甚至保持完好無(wú)損。沿高度立體空閬形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)都會(huì)造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則；在平面形狀上，矩形、圓形、扇形，方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō)都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱(chēng)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

2、建筑平面布置設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題

建筑物的平面布置在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內(nèi)墻的布置、空間活動(dòng)面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數(shù)量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來(lái)。而且，由于建筑使用功能不同，每個(gè)樓層的布置有可能差異很大，建筑平面上的墻體，包括外圍填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻等等布置不對(duì)稱(chēng)，墻體與柱子分布的不對(duì)稱(chēng)、不協(xié)調(diào)，使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，對(duì)抗震很不利。有的建筑物，其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側(cè)，結(jié)果在地震中造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴(yán)重破壞。這是因?yàn)殡娞菥簿哂袠O大的抗側(cè)力剛度，吸引了地震作用的主要部分。有的建筑物，在平面布置上一側(cè)的墻體很多，而另一側(cè)的墻體稀少，這就造成平面上剛度分布的很不對(duì)稱(chēng)，質(zhì)量分布也偏心，使結(jié)構(gòu)的受力和變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)，帶來(lái)局部墻面的破壞。有的建筑物，如底層為商場(chǎng)的臨街建筑，臨街一側(cè)往往不設(shè)墻體，而其另一側(cè)則有剛度很大的墻體封閉，兩側(cè)在剛度上相差很多，也將在地震時(shí)引起扭轉(zhuǎn)地震作用，對(duì)抗震不利。還有的建筑平面布置上，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)隔墻不對(duì)齊或中斷，使剛度發(fā)生突變和地震力傳遞受阻，對(duì)抗震也帶來(lái)不利，客易引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。建筑平面布置設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震關(guān)系很大，從概念上要解決的一個(gè)核心問(wèn)題是：建筑平面布置設(shè)計(jì)上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對(duì)稱(chēng)協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑平面布置的總體設(shè)計(jì)上要盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件，使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用。

3、屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在高層和超高層建筑設(shè)計(jì)中，屋頂建筑是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)部分。從近幾年對(duì)一些高層建筑抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果來(lái)看，屋頂建筑存在的主要問(wèn)題，一是過(guò)高，二是過(guò)重。這樣的屋頂建筑加大了變形，也加大了地震作用。對(duì)屋頂建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋頂建筑的重心與下部建筑的重心不在一條線上，且前者的抗側(cè)力墻與其下樓層的抗側(cè)力墻體上下不連續(xù)時(shí)，更會(huì)帶來(lái)地震的扭轉(zhuǎn)作用，對(duì)建筑物抗震更不利。為此。在屋頂建筑設(shè)計(jì)中，宜盡量降低其高度。采用高強(qiáng)輕質(zhì)的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結(jié)構(gòu)的傳遞比較通暢，使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致；當(dāng)屋頂建筑較高時(shí)，要使其具有較好的抗震定性，使屋頂建筑的地震作用及其變形較小，而且不發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用。

4、建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計(jì)限值控制問(wèn)題

根據(jù)大量震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJll―89）對(duì)房屋建筑在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)予遵守：一是房屋的建筑總高度和層數(shù)；二是對(duì)房屋抗震橫墻問(wèn)題和局部墻體尺寸的限值控制。

二、建筑抗震設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)承載能力進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

承載力能力進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)靜力分析理論，通過(guò)慣性力的形式對(duì)地震作用進(jìn)行反映，并利用彈性方法計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)的具體情況，對(duì)結(jié)構(gòu)彈性位移進(jìn)行驗(yàn)算，以此來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的強(qiáng)度，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性。這種設(shè)計(jì)方法在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)承載能力進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)是：這種設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法非常類(lèi)似，所以很容易被設(shè)計(jì)人員理解利用，并且這種方法主要采用通過(guò)慣性力的形式對(duì)地震作用進(jìn)行分析，把結(jié)構(gòu)看成是彈性體系，把結(jié)構(gòu)固有的頻率所對(duì)應(yīng)的最大地震反應(yīng)作為控制值的選擇依據(jù)，按照彈性方法對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行計(jì)算[3]。但是這種方法具有一定的局限性，由于加速度反應(yīng)譜的理論取用是整個(gè)反應(yīng)中過(guò)程中的最大值，因此不能有效反應(yīng)建筑在地震反應(yīng)時(shí)的全過(guò)程。

（2）根據(jù)損傷和能量進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)能否抵御地震而不被破壞主要是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)能否以某種形式耗散地震輸入到結(jié)構(gòu)中的能量。在超過(guò)設(shè)防地震作用下，在結(jié)構(gòu)非彈性變形超過(guò)自身非彈性變形能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的倒塌。因此非彈性變形或者由于非彈性變形引起的結(jié)構(gòu)損傷成為了研究防地震的設(shè)計(jì)方法。

根據(jù)能量進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)雖然容易理解抗震的原理，但是在抗震設(shè)計(jì)方法中有很多的不足之處，比如：結(jié)構(gòu)體系耗能能力、地震輸入能量譜、塑性滯回耗能等問(wèn)題[4]。

（3）根據(jù)位移進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

在不同的強(qiáng)度地震的作用下，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)為目標(biāo)進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的性能，根據(jù)位移進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要能力普法、控制延伸性的方法、直接基于位移的方法。其中能力譜法是最近幾年研究的最多的一種方法，因此這種方法成為建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)的主要的方法。

結(jié)束語(yǔ)：地震是一種自然現(xiàn)象，為避免它給人類(lèi)帶來(lái)大的災(zāi)難，要求在建筑的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)建筑防震性能的設(shè)計(jì)，從而可以有效減少地震給人們帶來(lái)災(zāi)難性的損壞，保證人們的生命安全。建筑設(shè)計(jì)是建筑杭震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，建筑設(shè)計(jì)與建筑抗震設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系。它對(duì)建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用，所以應(yīng)該加強(qiáng)建筑抗震設(shè)計(jì)的研究，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，從而加強(qiáng)建筑物的抗震性能，減少地震帶來(lái)的損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]翁啟鋒：《建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析》科技資訊；2010（21）：79

[2]李尊；陳忠范：《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究新進(jìn)展》：69--74