对提升民用建筑设计抗震结构设计水平的探讨

孙飞虹

【摘要】民用建筑抗震设计关系到人民生命财产的安全，有必要采取系统的方法来提升抗震水平。在这种背景下，本文从遵循抗震結构设计原则、应用合适的抗震方法、注重建筑设计的生命周期及保障措施等方面对相关问题进行了探讨。

【关键词】民用建筑；抗震结构；设计；水平；提升

0引言

建筑安全为设计与施工的的首要准则，而没有安全的结构就无法保障人们生命与财产；良好的建筑结构系统设计于规划阶段，即应注意基本结构系统的选择，建筑师在该阶段即需对未来设计的建筑物具备概括的意念，他不需作业详细的考虑与计算，就能准备多种结构系统设计的替代方案，以提供与业主比较参考；结构的初步规划包括；结构物具体的系统与形状，各种系统的力学行为与主要建材的约略尺度。接着如何有效的如何运用室内外隔间墙，核心及其平面造型来作为抗震设计，并符合法规标准范围内，使构造物的总工程费达至最经济的目标，着即为最佳建筑结构系统设计的目的。

1遵循抗震结构设计原则，应用合适的抗震方法

1.1抗震设计基本原则

我国抗震设计规范的基本原则为建筑物在中小度地震时保持在弹性限度内；设计地震时容许产生塑性变形，但韧性需求不得超过容许韧性容量；最大考量地震时建筑物使用的韧性可达规定的韧性容量。另外，抗震设计规范的抗震目标也应确保当建筑物遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（小震）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震（大震）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。从国内外震灾的案例中可以发现，符合建筑设计基准的建筑物，也有受到中级以上的损害，探讨设计上的灾害原因，大部分均因构造形态平衡不良所造成的；设计时“抗震的”的不良因素越多，会使“互相作用”变为复杂，抗震性也因此以“相乘的”的变为不良。同样地，符合各项良好抗震设计条件（构造、材料、平面、立面等等）的建筑，产生相乘安全、经济、美观的效益。

１．２应用抗震的消极隔震控制法

以隔震措施将受振动影响的机电设备与外界隔离的方式称为消极隔震控制法，该方法特性是在系统共振区内有低传递动性，将隔震区域的系统自然频率设计在共振区范围会有最佳的减振效果。建筑基础隔震与抗震设计均属消极隔震控制的方式，为被动的在受振（震）动影响处装设隔震（震）设施，以降低外在振（震）动对结构物的影响，其在系统共振区外具有很高的隔震能力，在共振区则借助阻尼器等消能装置，消耗振动能。而基础隔震（震）依所选择的装置类型也可分为地震力隔震装置与非地震力隔震装置。用来将建筑物与外界地震力隔离的方式称为基础隔震，在国内30层以下的民用建筑可采用LRB（铅心积层橡胶）或辅以速度型阻尼器增加阻尼消能效应。基础隔震措施一般是在建筑物下部或中间层结构设置隔震层，且在横向需具有大变形的能力。另一方面，用来将建筑物与外界非地震力环境振动量予以隔离的方式称为弹性隔震基础，如交通运输系统（高速铁路或快速道路等）所产生的环境振动频率大多在20Hz~200Hz间，该振动量如果未与建筑结构基础做好隔震措施，则该振动能量传递至建筑主结构后，将可能产生次结构（如开口部的门窗、轻隔间墙或家具等）的共振问题，进而辐射出低频噪音，它的隔震设备以线性弹簧隔震装置为主，视情况需要辅以黏弹性阻尼器增加阻尼消能效应。

２注重建筑设计的生命周期

结构系统规划的目的，为提供建筑师与结构工程师间的观念得以获得充分的讨论与沟通，并据此规划拟定一套经济安全与适合于该建筑物特性的结构系统。

一是，规划阶段。在规划阶段中，建筑师必须将该构造物的设计构想，与结构工程师作充分的沟通，以避免或减少尔后设计作业过程中，产生不必要的限制因素。本阶段在规划作业中，应对下述项目详加考虑：建筑物尺度，包括基地面积、楼地板面积、地楼层数；基地特性，包括建设区域、指北方向、地质资料、基础特性；内部空间需求，包括空间种类、动线需求（垂直及水平）、特殊平面需求；防火标准；预算，根据品质要求的层次种类估计其约略的预算。

二是，设计阶段。草图设计阶段作业中，建筑师应在草图设计阶段作业之前，设计进行中与工程师作更进一步的核对。假若平面复杂或具特殊造型的形状者，更应密切与工程师沟通配合，以能达成最佳效果。

三是，初步定案设计。初步定案设计是针对已提供的资料作初步分析，进而考虑各主要部分的细节设计，就主要建材断面的尺寸、结构的基本造型及外观，予以假设评估。若平面及构造复杂或不寻常的建筑物，在其早期初步定案设计过程中，无法运用一般的概算法加以估算时，则须试作细节的分析。

四是，合约建档阶段。建筑师与结构工程师相互间对细节设计决策（例如：柱子的确实尺寸、开口的细节处理等），充分沟通了解后结构工程师在本阶段对于非结构体的抗震设施也需详加掌握。（如：天花板之锚定、重机械的位置、外覆的材料等），协助建筑师制定合约规范，施工说明书等建档工作。

五是，施工阶段。施工阶段是指结构工程师协同建筑师监视督导营建厂商确实控制施工品质，以按图施工。

六是，营运管理阶段。从抗震的观点而言，任何结构的局部改变，包括增设强劲的非结构墙或在既有的墙上开口，均可能造成重大的影响。特别是较高的楼层或不对称的结构位置上，添置重设备或移动载重，极可能产生危险，因此对于结构体完成后的可能变更使用等因素，结构工程师在设计之际，也应当加以考虑。

3民用建筑抗震结构设计水平提升的保障

一是，正确的建筑抗震设计观念为建筑安全的重要基础。在今日，建筑对抗地震灾害的发展，已由制震、隔震等新一代的技术所引领，而且由原本的基本安全需求，提升至心理舒适感受的层次；相对于此，抗震设计的原则应扮演认知结构行为的角色，通过对抗震结构的认识，进一步理解构造、材料等的特性，进而借助掌握其特质，在安全的基础上衍生出更多样化的设计；且现阶段隔震技术因费用较高，多应用于对安全要求较高的建筑类型（如医院、公家机构等），抗震设计仍为建筑的主流，因此仍须对抗震设计有正确的认知与应用。

二是，结构设计应于规划阶段即须整合相关人员的意见与专业。建筑师与结构技师间的沟通，常在设计几乎定案时才进行，常衍生出大幅修改的情况，除了建筑师应自我提升抗震设计观念之外，在设计规划开始时即应与结构技师进行沟通讨论，才能研定出安全、经济合适的结构系统，进而才能建造出合乎安全、经济与美观的建筑物。

三是，政府与建筑业者应对灾后复原、整建等作为进行规划与落实。地震对建筑结构及设施可能造成破坏，重者倾倒、毁坏，轻者部分结构及设施的龟裂等，重者敲除重建轻者补强维修，但无论何种状况政府及专业者，对保障国民（购屋者）生命财产的保障观念与措施均有待提升；从业者方面应当基于永续经营、社会与专业责任，建立灾后配套计划与措施。

【参考文献】

［１］覃敏强.建筑高层框架结构布置[J].大众科技，2010（05）．

［２］蒋新梅.高层建筑结构的抗震设计[J].广东科技，2009(08)．

［责任编辑：薛俊歌］