建筑設計中的建筑抗震設計研究

李海銘

摘 要：近年來，地震的發生頻率越來越多，人們的抗震意識也在逐步加強，建筑防震就是防震的一個很重要組成部分，地震是隨機性的，所以對地震的預防是非常困難的，但是在建筑設計的過程中，建筑物的抗震設計可以有效的減少很多不必要的傷亡，極大的保護了人民群眾的生命財產安全。

關鍵詞：建筑設計；抗震性能；設計方法

一、建筑抗震設計過程中需要注意的問題

地震造成人員傷亡的直接原因是地表的破壞和建筑物、工程設施的破壞與倒塌。建筑設計是否考慮抗震要求，從總體上起著直接的控制主導作用。因此，我們在建筑抗震設計過程中特別要注重以下幾個問題：

1、建筑體型設計的相關問題

建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設計。震害表明，許多平面形狀復雜，如平面上的外凸和凹進、側翼的過多伸懸、不對稱的側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。平面形狀簡單規則的建筑在地震中未出現較重的破壞，有的甚至保持完好無損。沿高度立體空閬形狀上的復雜和不規則在地震時都會造成震害。特別是在建筑結構剛度發生突變的部位更易產生破壞。因此在建筑體型的設計中，應盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規則；在平面形狀上，矩形、圓形、扇形，方形等對抗震來說都是較好的體型。盡可能少做外凸和內凹的體型，盡可能少做不對稱的側翼和過長的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結構的質量和剛度比較均勻地分布，避免產生因體型不對稱導致質量與剛度不對稱的扭轉反應。

2、建筑平面布置設計的相關問題

建筑物的平面布置在建筑設計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、內墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。而且，由于建筑使用功能不同，每個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、內隔墻、有相應強度和剛度的非承重內隔墻等等布置不對稱，墻體與柱子分布的不對稱、不協調，使建筑物在地震時產生扭轉地震作用，對抗震很不利。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，結果在地震中造成靠電梯一側建筑物的嚴重破壞。這是因為電梯井筒具有極大的抗側力剛度，吸引了地震作用的主要部分。有的建筑物，在平面布置上一側的墻體很多，而另一側的墻體稀少，這就造成平面上剛度分布的很不對稱，質量分布也偏心，使結構的受力和變形不協調，導致扭轉地震作用效應，帶來局部墻面的破壞。有的建筑物，如底層為商場的臨街建筑，臨街一側往往不設墻體，而其另一側則有剛度很大的墻體封閉，兩側在剛度上相差很多，也將在地震時引起扭轉地震作用，對抗震不利。還有的建筑平面布置上，經常出現內隔墻不對齊或中斷，使剛度發生突變和地震力傳遞受阻，對抗震也帶來不利，客易引起結構的局部破壞。建筑平面布置設計對建筑抗震關系很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設計上要盡可能做到使結構的質量和剛度分布均勻，對稱協調，避免突變，防止產生扭轉效應。在建筑平面布置的總體設計上要盡可能為結構抗側力構件的合理布置創造條件，使建筑使用功能要求與建筑結構抗震要求融合成一體，充分發揮建筑設計在建筑抗震中的作用。

3、屋頂建筑的抗震設計注意事項

在高層和超高層建筑設計中，屋頂建筑是一個重要的設計部分。從近幾年對一些高層建筑抗震設計審查結果來看，屋頂建筑存在的主要問題，一是過高，二是過重。這樣的屋頂建筑加大了變形，也加大了地震作用。對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，且前者的抗側力墻與其下樓層的抗側力墻體上下不連續時，更會帶來地震的扭轉作用，對建筑物抗震更不利。為此。在屋頂建筑設計中，宜盡量降低其高度。采用高強輕質的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結構的傳遞比較通暢，使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致；當屋頂建筑較高時，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，而且不發生扭轉地震作用。

4、建筑上應滿足的設計限值控制問題

根據大量震害的經驗總結，現行《建筑抗震設計規范》（GBJll―89）對房屋建筑在建筑設計中應考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規定。這些規定，建筑設計應予遵守：一是房屋的建筑總高度和層數；二是對房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。

二、建筑抗震設計

（1）根據承載能力進行建筑結構的抗震設計

承載力能力進行建筑結構的抗震設計，主要是根據靜力分析理論，通過慣性力的形式對地震作用進行反映，并利用彈性方法計算結構地震作用效應的具體情況，對結構彈性位移進行驗算，以此來確定建筑結構及其構件的強度，保證建筑結構的安全性。這種設計方法在抗震結構設計中得到廣泛的應用。根據承載能力進行建筑結構的抗震設計主要特點是：這種設計方法與傳統的設計方法非常類似，所以很容易被設計人員理解利用，并且這種方法主要采用通過慣性力的形式對地震作用進行分析，把結構看成是彈性體系，把結構固有的頻率所對應的最大地震反應作為控制值的選擇依據，按照彈性方法對結構的抗震性能進行計算[3]。但是這種方法具有一定的局限性，由于加速度反應譜的理論取用是整個反應中過程中的最大值，因此不能有效反應建筑在地震反應時的全過程。

（2）根據損傷和能量進行建筑結構的抗震設計

建筑結構能否抵御地震而不被破壞主要是根據建筑結構能否以某種形式耗散地震輸入到結構中的能量。在超過設防地震作用下，在結構非彈性變形超過自身非彈性變形能力時，會導致建筑結構的倒塌。因此非彈性變形或者由于非彈性變形引起的結構損傷成為了研究防地震的設計方法。

根據能量進行建筑結構的抗震設計雖然容易理解抗震的原理，但是在抗震設計方法中有很多的不足之處，比如：結構體系耗能能力、地震輸入能量譜、塑性滯回耗能等問題[4]。

（3）根據位移進行建筑結構的抗震設計

在不同的強度地震的作用下，根據建筑結構的位移響應為目標進行的結構設計，從而結構達到預定的性能，根據位移進行建筑結構的抗震設計主要能力普法、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構的抗震設計的主要的方法。

結束語：地震是一種自然現象，為避免它給人類帶來大的災難，要求在建筑的設計中，應該加強對建筑防震性能的設計，從而可以有效減少地震給人們帶來災難性的損壞，保證人們的生命安全。建筑設計是建筑杭震設計的一個重要方面，建筑設計與建筑抗震設計有著密切關系。它對建筑抗震起著重要的基礎作用，所以應該加強建筑抗震設計的研究，要充分重視建筑設計在建筑抗震設計中的重要性，從而加強建筑物的抗震性能，減少地震帶來的損失。

參考文獻：

[1]翁啟鋒：《建筑結構的抗震設計分析》科技資訊；2010（21）：79

[2]李尊；陳忠范：《建筑結構抗震設計研究新進展》：69--74