淺談建筑設(shè)計(jì)方案中抗震設(shè)計(jì)思路

1、淺談建筑設(shè)計(jì)方案中抗震設(shè)計(jì)思路（天津市建筑設(shè)計(jì)院，天津300074）摘要：建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)是抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，直接影響建筑杭震性 能的優(yōu)良。木文對規(guī)范規(guī)定的抗震及概念設(shè)計(jì)方法，實(shí)施時(shí)存在困難及解決辦法 做了簡要探討，以期對設(shè)計(jì)的思路及方法有更進(jìn)一步的認(rèn)識。關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)刖g近年來，隨著建筑開始不斷向高層及超高層方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)也開始呈 現(xiàn)復(fù)雜化，為了確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，則對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成 為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，需要 從選址到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個過程中都要對抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行充分地考慮，需要在建筑結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用不同的抗震

2、方法來確保設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)能夠更好地符合貫徹 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，而h建筑項(xiàng)目的不同，其抗震的設(shè)計(jì)也存在著較大的差別，所 以需要在設(shè)計(jì)時(shí)，針對建筑的特點(diǎn)選擇最合理的抗震設(shè)計(jì)方案。1抗震概念設(shè)計(jì)的要求1.1合理選擇場地可簡單概括為選擇有利地段，避開不利地段,嚴(yán)禁在危險(xiǎn)地段上建造甲、 乙類的建筑。在工程實(shí)踐中，除應(yīng)滿足規(guī)范的強(qiáng)制性要求外，設(shè)計(jì)師并沒有太多 按照自己的需要選擇場地的機(jī)會，更主要任務(wù)的是根據(jù)建筑場地的特點(diǎn)，結(jié)合建 筑物的功能、性能要求，確定合理的、抗震性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)形式。1.2確定建筑體型及構(gòu)件布置無數(shù)次的地震災(zāi)害表明，規(guī)則、簡單、對稱的建筑在地震時(shí)較不容易破 壞，對建筑設(shè)計(jì)規(guī)則性

3、的要求，已普遍得到了高度重視。在設(shè)計(jì)建筑方案時(shí)，建 筑形體和布置應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)原則，盡量采用規(guī)則的建筑方案。也就是說, 建筑的平面、立面應(yīng)力求規(guī)則、簡單、對稱，抗側(cè)力體系的剛度和承載力，材料 強(qiáng)度和質(zhì)量分布應(yīng)均勻、連續(xù)、無突變。震害表明，不規(guī)則的建筑在地震作用下 容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，進(jìn)而破壞。規(guī)則性在抗震概念設(shè)計(jì)中是一個重要的概念。然 而建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作是工程技術(shù)和人文藝術(shù)的結(jié)合，可構(gòu)造某種認(rèn)為環(huán)境體系，以滿 足人們物質(zhì)和精神上的要求。為達(dá)此目的，建筑設(shè)計(jì)不可避免會出現(xiàn)一些復(fù)雜的 建筑體型，這些復(fù)雜的建筑體型很難準(zhǔn)確的用若干簡單的定量指標(biāo)來劃分不規(guī)則 程度。因此，就需要有經(jīng)驗(yàn)的、有抗震知識素養(yǎng)的

4、建筑師和結(jié)構(gòu)工程師相互配合， 區(qū)分不規(guī)則、特別不規(guī)則和嚴(yán)重不規(guī)則等不規(guī)則程度；對所設(shè)計(jì)的建筑的抗震性 能有所估計(jì)，這樣才能設(shè)計(jì)出抗震性能良好的建筑。并按實(shí)際需要合理設(shè)置建筑 抗震縫，可以將體型復(fù)雜的建筑物劃分為“規(guī)則”的建筑，從而降低抗震設(shè)計(jì)的 難度，提高抗震設(shè)計(jì)的可靠度。1.3利用結(jié)構(gòu)的延性地震是一種自然災(zāi)害，一旦發(fā)生強(qiáng)震，往往會造成人員傷亡，帶來巨大 的財(cái)產(chǎn)損失。但是，在一般建筑的使用周期內(nèi)，發(fā)生強(qiáng)震的幾率是極小的，利用 結(jié)構(gòu)的彈性性能來抵御地震作用是不明智的。目前的通用做法是，結(jié)構(gòu)在遭受多 遇地震影響時(shí)，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性范圍內(nèi)，即實(shí)現(xiàn)“小震不壞”的抗震設(shè) 防目標(biāo);結(jié)構(gòu)在遭受罕遇地震

5、影響時(shí)，允許結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生一定的塑性變形，以此 來消耗地震能量，從而以較小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)來實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。1.4設(shè)置多道抗震防線多道抗震防線對結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的安全性是極其重要的，在建筑結(jié)構(gòu) 中建立多重抗側(cè)力體系，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在強(qiáng)烈地震襲擊下遭到破壞 后，后備的第二道及至第三道防線的抗側(cè)力構(gòu)件立即接替，抵擋后續(xù)的地震力的 沖擊，可保證建筑物最低限度的安全，免于倒塌，贏得救援吋間，便于救援人員 及時(shí)施救，提高了對生命的保護(hù)。例如目前廣泛采用的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要抗側(cè)力構(gòu)件是剪力墻, 也就是第第一道防線，一旦剪力墻開裂或屈服，框架部分將起到第二道防線的作 用；又例如框架

6、一填充墻結(jié)構(gòu)體系，如設(shè)計(jì)得當(dāng)，在地震作用下，填充墻就是第 一道防線，一旦填充墻遭到破壞，框架梁將起到第二道防線的作用，框架柱則為 第三道防線。2抗震設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)方案2.1對于建筑外部整體平面布局的設(shè)計(jì)要求可將復(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 個規(guī)整單元，既能滿足抗震規(guī)范要求，也不會破壞平面使用功能和整體造型。對 于有些觀點(diǎn)提岀的變形縫不好看，影響立面效果，設(shè)計(jì)師可以通過將該部位兩側(cè) 主體錯位設(shè)計(jì)方法，即利用視覺差，弱化人們對變形縫的直觀感覺；對于要徹底 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)件對外立面 的變形縫進(jìn)行裝飾處理?？拐鹪O(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)

7、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、碰撞造成結(jié)構(gòu)主體的破壞，由于輕質(zhì)外裝 飾構(gòu)件會在地震時(shí)變形破壞，不會對建筑物主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用。所以，通過 輕質(zhì)外裝飾材料的設(shè)置，可以解決由于設(shè)置變形縫引來的美觀問題，并口不會影 響到結(jié)構(gòu)主體抗震性能。2.2對于住宅類型建筑抗?fàn)幵O(shè)計(jì)方案由于住宅類型建筑使用功能單一，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、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等般常規(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)

8、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)中過度減小剪力墻長度、剪力墻開較 大洞口的方法，來滿足建筑對底部大空間的使用要求。但即使是這樣做也不會完 全適應(yīng)建筑功能的要求，同吋由于剪力墻不適當(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, 既不會給建筑物抗震帶來不利影響，也不會過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。2.3對于公建類型建筑抗震設(shè)計(jì)方案由于公建類型建筑平面使用功能的不確定性，各個樓層間使

9、用功能不統(tǒng) 一的特點(diǎn)，故不宜過多采用剪力墻，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 的同吋，也兼顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理性布置。由于對空間的需求，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)號混凝土的鋼筋混凝土柱截面 也會很大；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。對于大跨度的框架梁，也可以多采 用型鋼結(jié)構(gòu)及

10、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，且對梁端約束要求較 大，協(xié)調(diào)變形能力一般。2.4高層建筑抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化隨著現(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 要問題了，通過計(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)柱截面會增大，剪力墻數(shù)量也會增多，對建筑內(nèi)部平面功能影響較大。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師會根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)先選擇框架結(jié)構(gòu)，然后框架一剪力墻結(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，通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi) 地震模擬實(shí)驗(yàn)及國內(nèi)外一些實(shí)際工程中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，會逐步在更多的現(xiàn)代建筑設(shè) 計(jì)中得到應(yīng)用及發(fā)展，也會給建筑設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)作帶來最大的自由度。3結(jié)語總而言之，建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能對于建筑物整體的性能具有十分重要 的影響，所以需要在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將抗震性能貫穿于從選址到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個 過程中，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通達(dá)達(dá)到符合的要求。所以要求設(shè)計(jì)師在進(jìn)行不同建 筑物結(jié)構(gòu)