浅谈抗震建筑设计

浅谈抗震建筑设计

武茁

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【摘要】本文主要针对汶川大地震进行建筑抗震的思考。归纳建筑抗震设计在总体规划、建筑布局、环境控制、单体设计、细部设计、建筑材料方面内容，以及对现行抗震规范的反思和展望和建筑创作的创新等方面进行探讨，并提出基于抗震的建筑设计策略，作为一种提高建筑抗震性能的可持续发展的思路和方法。

　　【关键字】地震；建筑抗震；建筑设计

　　引言

　　2008年5月12日14时28分中国四川汶川发生了8.0级大地震，这是中国一九四九年以来破坏性最强，波及范围最广的一次地震。这次地震造成了惨重的损失。这次大地震的惨痛损失呼唤每位建筑师重新审视我们的建筑，重视建筑设计的抗震性、安全性、合理性。

　　1 目前我国抗震设计中存在的不足

　　 通过多年对于建筑抗震设计的研究，我国逐渐形成了自己的一套较为先进的抗震设计方法而且日益成熟，但是也有许多考虑欠妥的地方，需要我们今后加以完善。首先，与国外规范相比，我国抗震规范在对关系的认识上还存在一定的差距。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级，但在高烈度区推荐使用高延性等级，在低烈度区推荐使用低延性等级。这几种抗震思路都是符合规律的，而目前我国将地震作用降低系数统一取为2．86，而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。另外，我国规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。最后，由于不同类别建筑的不同重要性，不宜再笼统的使用以上同一个性态目标。此外，还应该考虑建筑所有者的不同要求，选择不同的设防目标，从而做到在性态目标的选择上更加灵活。

　　2 结构抗震的可靠度

　　 在结构所有的功能中，首先需要满足的是结构的安全性。由于在震源的发生机制、地震波的传播路径和场地条件中存在很多不确定性，以及在循环荷载作用下的性能和分析计算模型中的不确定性，结构的地震反应非常随机，并且安全性只能采用抗震可靠度进行描述。按照可靠度理论，服役期内结构的抗震可靠度同时体现了环境和结构两方面的、特征，采用可靠度作为设防参数在概念上似乎更充分一些，在方法上也比较统一。这种方法实质上是认为工程结构自身以及所处环境存在着不确定性，使所设计的结构在遭受未来可能发生的地震作用时绝对安全既不可能也不经济，人们使用这些结构时必须承受一定的风险。因此需要确定一个可以接受的安全度水准，这个水准被定义为目标可靠度，它可以作为结构抗震设防的参数，所有抗震结构实际的抗震可靠度应该不低于规定的目标可靠度。

　　　3 建筑体型设计的抗震策略

　　建筑造型是指建筑物作为一个整体的体量、形状，是建筑形象的创造;还包括了对建筑抗震性能有重要影响的，组成建筑结构的性质、尺寸、比例、尺度和配置，这些部件包括外墙、立柱、楼层、井筒、楼梯等;以及会影响结构部件功能的非结构部件的性质、尺寸和配置。这一过程主要是在建筑方案的设计过程中完成的。建筑造型环节受功能、地形、经济以及建筑条件等因素的限制和影响。

　　3.1 建筑空间体量大小。体量的大小会影响到结构的选型、空间的跨度大小等方面。大跨度、大面积对建筑抗震有着不利的影响。当平面尺寸很大时，即使是一个对称的、简单的外形，房屋作为一个单元，在地震运动中也会存在薄弱环节。此外，由于建筑不是均匀块体，地面运动在不同的时间过程中，将对建筑的不同部位产生影响，因此，体量较大的建筑的整体性较体量较小的建筑差。

　　3.2 建筑高度。在水平向地震作用下，建筑的高度类似于在重力作用下的悬臂梁跨度。随着建筑高度增加，它的自振周期会加长，而周期的变化，意味着地震作用大小的变化。因此，可以采取:一是在设防烈度较高的地区可以适当降低建筑高度、二是选取合理的结构形式两种策略来提高建筑的抗震性能。

　　3.3 比例。高层建筑中，高宽比与建筑高度相比显得尤其的重要。高层建筑如同一根独立的柱，地震时产生的的倾覆力矩很大，控制好高宽比，特别是在震害地区更应该严格按照规范规定的高宽比限值进行设计，否则产生的损失是无法估量的。

　　3.4 对称性。对称的核心问题是质量中心和刚度中心的重合。体型对称，结构布置分布均匀，这时质量中心和刚度中心有可能重合，如果结构质量分布不均衡或者刚度分布不均衡，则质量中心和刚度中心就不能重合。

　　4 建筑立面设计的抗震策略

　　建筑立面是由许多部件组成的，这些部件包括门窗、墙体、柱子、阳台、遮阳板、雨篷、勒脚等。立面的设计就是恰当地确定这些部件的尺寸大小、比例关系以及材料色彩等。 从建筑抗震的角度讲，立面设计注意几点:

　　首先，建筑立面是为满足施工要求而按投影绘制的，分别为正立面、背立面、侧立面。在推敲立面时不能孤立地处理每个面，应该注意几个立面的相互协调和相邻面的衔接以取得统一和均衡。

　　其次，建筑造型是一种空间二维甚至四维的艺术，在处理立面时候不能单一的局限于这个二维的面上，应该考虑到立面的空间效果，以及由空间各部件构成的立面的规则性和均衡性。

　　最后，立面处理应该是在符合了功能和结构要求的基础上，对建筑空间造型的进一步深化。应该注意立面各个部分的衔接和安全性。

　　5 建筑平面的抗震策略

　　建筑的平面设计集中反映了建筑平面各组成部分的特征及其相互关系、使用功能的要求、是否经济合理，平面也直接关系到了建筑体型的构思、建筑结构的选型、建筑立面的外观效果等。因此，在进行建筑方案设计时候，总是先从平面入手，同时考虑剖面及立面的可能性和合理性，及其对平面设计的影响。如果建筑平面的抗震考虑较为充分，那么整个建筑物的总体抗震会变得十分有利。只有综合考虑了平、立、剖三者的关系，按完整的三度空间设计概念去设计，才能做好一个建筑设计。建筑平面组合有多种形式。

　　5.1 走道式。这种组合方式的特点是各个使用空间之间没有直接的连通关系，而必须借助走道进行联系。由于把使用空间和交通联系空间明确地分开，功能分区较为自由、明确，同时可以满足各个空间的独立性和采光通风。这种组合方式适合单身宿舍、办公楼、学校、医院、疗养院等建筑的功能联系特点，大量建筑采用这种组合方式。

　　5.2 单元式。这种空间组合形式是以一种垂直交通联系空间来连接各个使用空间的。由于楼梯、电梯比走道集中、周界短，这一特点使得单元式空间组合形式具有规模小、平面集中紧凑和各个使用空间相互干扰较小等特点。这类空间广泛适用于住宅、高层办公楼、商住楼和酒店。

结语

　　总而言之，随着高层建筑的迅速发展，建筑高度不断增加，高层建筑的结构设计也成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。其抗震设计变得尤为重要，建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法，是非常重要的，对于不同的建筑、不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。

　　参考文献：

　　[1]程海东.工程抗震设计中若干问题的探讨[M]工程抗震2008

　　[2]大崎顺彦，毛春茂，刘忠译.建筑物抗震设计法[M].冶金工业出版社，2000

　　[3]刘建荣编.高层建筑设计与技术[M[中国建筑工业出版社，2005