建筑抗震设计研究

2016-04-10黎扈青素

四川水泥 2016年2期

关键词：抗震建筑物建筑设计

李黎扈青素

(1濮阳市建设工程质量监督站，河南濮阳 457000 2河南省建设工程质量监督总站，河南省郑州市 450003)

建筑抗震设计研究

李黎1扈青素2

(1濮阳市建设工程质量监督站，河南濮阳 457000 2河南省建设工程质量监督总站，河南省郑州市 450003)

建筑是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律和美学法则创造的人工环境。一个良好的建筑抗震设计，不仅是结构设计的一部分。它还应该从建筑设计入手，充分重视抗震设计在建筑设计中的重要性。本文从建筑设计、立面设计、竖向布置设计、抗震缝设置等角度分析建筑设计中应注意的几个问题，分析了建筑抗震设计的机理，分析建筑抗震的实际效果，以提高建筑抗震性能。

建筑设计；抗震；结构；性能提升

1 引言

近些年我国地震频发，特别是2008年之后，我国接连发生汶川（四川）、玉树（青海）的大地震。地震给人们的生活带来了不可挽回的破坏，使人们的身心、财产受到巨大的损失。特别是一旦发生强地震，引起房屋的倒塌，不但造成财产的随时，还会因为房屋的倒塌造成房屋中的人二次受伤的可能。因此，无论是普通老百姓，建筑专业人士都越来越关注建筑的抗震性能。历次地震灾害都表明，建筑物的破坏是城市地震灾害的主要形式，也是造成人员伤亡、经济损失的主要原因。建筑抗震性能直接关系到人们的生命财产安全，因此建筑设计人员应高度重视建筑抗震设计，确保人们生命财产的安全。

2 建筑抗震设计的意义

传统的建筑抗震设计是结构工程师的工作。它是结构设计的一部分，经过精确的力学分析和结构计算，而建筑师只是参与建筑物的结构、建筑形态的设计，并没有考虑建筑物抗震设计。如果建筑师在设计建筑时不考虑建筑物的抗震性能，只是考虑建筑物的建筑形态，那么就可能提供的建筑设计方案没有考虑到建筑物的抗震要求，甚至违背了抗震概念设计的基本原则，就会导致严重的地震易损性点的设计，给抗震设计带来更多的困难。它们会造成更高的成本，不必要的投资，或使建筑布局受到限制，甚至导致设计不合理。一旦发生地震就会造成无法挽回的后果。相反，建筑师在施工方案设计和初步设计阶段，考虑建筑功能、空间组合、立面造型及周围环境，结构工程师就会使得设计的建筑物的构件系统更加合理，就会使得质量和刚度分布以及由此产生的地震作用和结构应力和变形更加均衡，使建筑结构和抗震性能得到改善和增强。要想解决建筑的抗震，应该从最开始着手，建筑设计时就应该考虑建筑的抗震。

3 地震破坏建筑的因素

只有了解地震是怎样破坏建筑物的，才能明白在哪一方面加强建筑物的抗震设计，才能使结构能够有效地抵抗地震破坏。

地震是由深部地下的岩石断裂引起的，这会导致长期累积能量突然释放。能量会以地震波的形式向各个方向传播，从而产生某些区域的振动。建筑物位于地球的表面，在地震作用下，建筑物受到破坏的方式主要是地震波传播方式的影响。地震波的传播方式有三种：纵波、横波和表面波。其中，纵波使地面向上和向下振动，处于地球表面的建筑物也会随着上下震动，底层承重柱或墙壁荷载会突然急剧增加，再加上建筑物自身上半部的重量，如果重量超出了底层承重柱或墙壁的承载能力，底层承重柱或墙壁就会倒塌，导致上层建筑逐渐崩溃。横波是可以使地面的间距和摆动。表面波是一种在纵波和横波在地面上相遇时产生的混合波，具有大的波长和高的振幅。它只能沿着地面传播。这两种波会使建筑物的晃动，相当于沿水平方向反复地施加来回的力量到一个建筑物。如果底部的柱或墙没有足够的强度或变形能力，整个建筑将弯曲或倾倒向同一方向。这种破坏模式在地震灾区较为常见，是使建筑受到严重破坏的主要因素。在许多情况下，三种波同时发生，造成建筑物的破坏。建筑的扭转性能往往是很差的，所以建筑物很容易发生严重扭转。在地震灾区，部分建筑的倒塌，主要是由于这类问题。

4 建筑抗震设计

由于建筑方案评价准则更注重造型新颖、造型奇特，投资者也更加注重建筑的外观，许多建筑师都倾向于在建筑创作中追求外观形式。虽然这些建筑作品可能会出现更好的视觉效果，但是在突然的地震灾害的情况下，他们似乎很无力。这是因为违规设计对建筑物的抗震性能造成严重的影响。《建筑抗震设计规范》明确规定，建筑设计应根据建筑抗震概念设计的要求，指出建筑造型的规律性。应采取措施加强不规则房屋的抗震性能。特别是不规则房屋的规划应特别研究。不得使用不规范的建筑物。本文将从以下几个方面探讨建筑师应注意的问题。

4.1 建筑面板设计

平面布置图是整个建筑设计中非常重要的一部分，它直接反映了建筑的功能和要求。柱子之间的距离，墙的布置和空间大小会影响到建筑物的抗震性能。例如，建筑物的功能是不同的，每个楼层的房间布局可能会有所不同，导致一些外围填充墙和分区的不对称性。因此，这样的建筑物将在地震中扭转，并导致部分结构破坏。至于其他的一些建筑，电梯井是很硬的，位于一个角落，往往建筑物的一侧上的电梯在地震中严重损坏。这是因为电梯井具有很强的抗侧力刚度，吸引了地震作用的主要部分。在一些建筑中，许多墙壁都放在一边，另一边只有少数，或者房间的功能分布非常不同，导致平面刚度分布的不对称性。质量分布也不同，所以对结构受力和变形不协调，地震时建筑会发生扭转。因此，建筑平面设计对地震构造有很大的影响。从最基本的角度来解决的核心问题，所以建筑平面设计应使均匀分布和对称协调的质量和刚度的结构，避免突变和扭转效应。在一般情况下，应将建筑的功能与结构抗震性能进行整合，充分发挥建筑抗震设计的作用，为结构抗震设计打下基础。

4.2 建筑立面设计

设计中的建筑立面和造型设计往往是很难的，因为它直接关系到建筑的外观。建筑造型包括建筑平面形状和主题空间形态设计。复杂平面形状的许多零件在地震中受到不同程度的破坏，抗震性能较差。那些简单、普通的平面形状的建筑物在地震中没有受到严重的破坏，有的甚至保持完好。类似地，那些具有高度复杂和不规则形状的建筑物在地震中也被破坏了。特别是建筑物的刚度突变更容易被破坏。因此，建筑造型的设计应使平面和空间尽可能的简单、规则化。布局应使建筑结构的质量和刚度均匀地分布，所以建筑结构的质量中心与刚性的中心是一致的，以避免扭转效应。

4.3 竖向布局设计

在建筑设计中，垂直布局问题主要反映在建筑物高度的质量和刚度分布上。无论是单、多层或高层建筑，这是不可忽视的问题了。质量和刚度的波动不同，形成突变，甚至导致“抗震性能差薄弱层”。这是一个重要的问题，应引起高度重视。许多严重的地震都表明，建筑物的竖向楼层刚度的过度变化很容易造成建筑物的破坏，甚至使建筑物倒塌。因此，建筑师应尽可能设计连续墙和柱，使受力墙布置均匀，使其在建筑物底部均匀，以避免在地震时的刚度不均匀分布引起扭转效应。