浅谈建筑设计方案中抗震设计思路

浅谈建筑设计方案中抗震设计思路

杨居光

（天津市建筑设计院，天津300074）

摘要：建筑结构抗震概念设计是抗震设计的重要内容，直接影响建筑杭震性能的优良。本文对规范规定的抗震及概念设计方法，实施时存在困难及解决办法做了简要探讨，以期对设计的思路及方法有更进一步的认识。

关键词：建筑设计；抗震设计

前言

近年来，随着建筑开始不断向高层及超高层方向发展，其结构也开始呈现复杂化，为了确保建筑结构具有良好的抗震性能，则对高层建筑的结构设计成为设计师设计中的难点问题。建筑结构抗震设计是一项系统、复杂的工作，需要从选址到结构设计的整个过程中都要对抗震设计进行充分地考虑，需要在建筑结构设计过程中，运用不同的抗震方法来确保设计的建筑结构能够更好地符合贯彻结构设计的要求，而且建筑项目的不同，其抗震的设计也存在着较大的差别，所以需要在设计时，针对建筑的特点选择最合理的抗震设计方案。

1抗震概念设计的要求

1.1合理选择场地

可简单概括为选择有利地段，避开不利地段，严禁在危险地段上建造甲、乙类的建筑。在工程实践中，除应满足规范的强制性要求外，设计师并没有太多按照自己的需要选择场地的机会，更主要任务的是根据建筑场地的特点，结合建筑物的功能、性能要求，确定合理的、抗震性能优越的结构类型和基础形式。

1.2确定建筑体型及构件布置

无数次的地震灾害表明，规则、简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏，对建筑设计规则性的要求，已普遍得到了高度重视。在设计建筑方案时，建筑形体和布置应符合抗震概念设计原则，尽量采用规则的建筑方案。也就是说，建筑的平面、立面应力求规则、简单、对称，抗侧力体系的刚度和承载力，材料强度和质量分布应均匀、连续、无突变。震害表明，不规则的建筑在地震作用下容易产生扭转振动，进而破坏。规则性在抗震概念设计中是一个重要的概念。然而建筑设计创作是工程技术和人文艺术的结合，可构造某种认为环境体系，以满足人们物质和精神上的要求。为达此目的，建筑设计不可避免会出现一些复杂的建筑体型，这些复杂的建筑体型很难准确的用若干简单的定量指标来划分不规则程度。因此，就需要有经验的、有抗震知识素养的建筑师和结构工程师相互配合，区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度；对所设计的建筑的抗震性能有所估计，这样才能设计出抗震性能良好的建筑。并按实际需要合理设置建筑抗震缝，可以将体型复杂的建筑物划分为“规则”的建筑，从而降低抗震设计的难度，提高抗震设计的可靠度。

1.3利用结构的延性

地震是一种自然灾害，一旦发生强震，往往会造成人员伤亡，带来巨大的财产损失。但是，在一般建筑的使用周期内，发生强震的几率是极小的，利用结构的弹性性能来抵御地震作用是不明智的。目前的通用做法是，结构在遭受多遇地震影响时，应保证结构构件处于弹性范围内，即实现“小震不坏”的抗震设防目标;结构在遭受罕遇地震影响时，允许结构构件产生一定的塑性变形，以此来消耗地震能量，从而以较小的经济代价来实现“大震不倒”的抗震设防目标。

1.4设置多道抗震防线

多道抗震防线对结构在强震作用下的安全性是极其重要的，在建筑结构中建立多重抗侧力体系，当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后，后备的第二道及至第三道防线的抗侧力构件立即接替，抵挡后续的地震力的冲击，可保证建筑物最低限度的安全，免于倒塌，赢得救援时间，便于救援人员及时施救，提高了对生命的保护。

例如目前广泛采用的框架一剪力墙结构体系，主要抗侧力构件是剪力墙，也就是第第一道防线，一旦剪力墙开裂或屈服，框架部分将起到第二道防线的作用；又例如框架－填充墙结构体系，如设计得当，在地震作用下，填充墙就是第一道防线，一旦填充墙遭到破坏，框架梁将起到第二道防线的作用，框架柱则为第三道防线。

2抗震设计与建筑设计方案

2.1对于建筑外部整体平面布局的设计要求

可将复杂的建筑平面进行分割设计，采用设置变形缝的方法，将其分成若干个规整单元，既能满足抗震规范要求，也不会破坏平面使用功能和整体造型。对于有些观点提出的变形缝不好看，影响立面效果，设计师可以通过将该部位两侧主体错位设计方法，即利用视觉差，弱化人们对变形缝的直观感觉；对于要彻底消除变形缝影响，则需借助外装饰构件，可采取外装饰幕墙等轻质构件对外立面的变形缝进行装饰处理。抗震设计要求结构主体设置变形缝，并规定相应变形缝宽度，是防止在地震时建筑物间晃动、碰撞造成结构主体的破坏，由于轻质外装饰构件会在地震时变形破坏，不会对建筑物主体结构产生约束作用。所以，通过轻质外装饰材料的设置，可以解决由于设置变形缝引来的美观问题，并且不会影响到结构主体抗震性能。

2.2对于住宅类型建筑抗争设计方案

由于住宅类型建筑使用功能单一，房间分隔墙较多，结构沿竖向布局比较均匀，一般只是平面形状变化较大，只要结构设计师按照建筑平面方案合理布置结构抗震构件，采用框架、框架－剪力墙结构、剪力墙结构等一般常规结构形式都可以满足本地区抗震设计要求。对于高层住宅底部要求设置商业用途的建筑，应该优先选用转换结构体系。有些结构设计人员不愿意做转换结构，认为转换了，结构受力复杂了，造价增加了，往往在设计中过度减小剪力墙长度、剪力墙开较大洞口的方法，来满足建筑对底部大空间的使用要求。但即使是这样做也不会完全适应建筑功能的要求，同时由于剪力墙不适当减少及剪力墙的不合理布置，也影响到建筑整体的抗震性能，造成结构配筋不合理。合理的采用转换结构体系，既不会给建筑物抗震带来不利影响，也不会过多的增加工程整体造价。建筑功能上可以最大限度地满足建筑设计方案的初衷，结构的抗震性能达到优化，使建筑物整体含钢量达到最低。

2.3对于公建类型建筑抗震设计方案

由于公建类型建筑平面使用功能的不确定性，各个楼层间使用功能不统一的特点，故不宜过多采用剪力墙，剪力墙设置应在电梯间、楼梯间等较为固定使用空间的部位。要求建筑设计师在平面布局中加以考虑，在考虑建筑功能需要的同时，也兼顾结构抗震设计的合理性布置。由于对空间的需求，框架体系元素更多地运用在公建类型的建筑中。由于建筑高度较高，各层使用荷载较大，使得钢筋混凝土框架柱截面一般较大，即使是采用高标号混凝土的钢筋混凝土柱截面也会很大；适当在抗震性能要求较高的部位，采用型钢混凝土及钢管混凝土的结构体系更加合理，既有混凝土结构的刚度，又有钢结构的良好延展性，可以让该混合结构在抵抗地震灾害时发挥最大的作用。对于大跨度的框架梁，也可以多采用型钢结构及型钢混凝土结构，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。对于预应力梁的运用，不建议大量使用，虽然预应力梁的采用可以降低框架梁的高度，但其性质类同于普通钢筋混凝土梁，且对梁端约束要求较大，协调变形能力一般。

2.4高层建筑抗震设计优化

随着现代科学技术的发展，高层建筑的高度已经不是制约建筑设计的主要问题了，通过计算机软件的抗震模拟计算，使更多的高层建筑的设计方案得以优化。高层建筑设计方案中存在的主要问题是结构体系的选择，随着建筑高度的增加，结构柱截面会增大，剪力墙数量也会增多，对建筑内部平面功能影响较大。一般结构设计师会根据常规经验先选择框架结构，然后框架－剪力墙结构、剪力墙结构，最后选择框筒结构以及钢和混凝土混合结构。认为这样可以节省造价。实际上这是一个误区，只有根据建筑使用功能特点，合理选用结构形式才是降低成本的最好途径。隔震设施及减震设施已在许多工程得到了应用，通过实验室内地震模拟实验及国内外一些实际工程中应用的经验，会逐步在更多的现代建筑设计中得到应用及发展，也会给建筑设计方案的创作带来最大的自由度。

3结语

总而言之，建筑物结构的抗震性能对于建筑物整体的性能具有十分重要的影响，所以需要在进行结构设计时将抗震性能贯穿于从选址到结构设计的整个过程中，确保建筑结构设计通达达到符合的要求。所以要求设计师在进行不同建筑物结构设计时，需要选择最适合的抗震设计方法，实现对结构的合理布置，提高建筑物的抗震性能，确保在地震中建筑物尽可能发生较小的损伤，保护人们生命和财产的安全。

参考文献：

[1]范红兵．浅谈建筑设计过程中如何把握杭震概念设计[J]．广东科技，2012（19）

[2]GB50011－2010建筑抗震设计规范[S]

[3]陈庆金．建筑设计施工过程中抗震措施的应用[J]．科技导刊，2010（7）