抗震设计在建筑设计中的应用探究

邹荃

【摘要】建筑设计过程是从立项开始，建筑师依据建筑投资方的总体设计要求和设计目标进行设计方案构思和总体方案规划，经过相关监测部门认证后，绘出建筑体型、平面和竖向布置的初步设计图纸。结构设计师再根据初步设计图纸开展建筑结构图设计。可以说建筑设计起着决定性，纲领性作用，建筑结构设计往往处于被动状态，只能遵循于建筑设计结果。因此，对于建筑抗震来讲，在建筑初步设计中是否把抗震设计考虑在内、是否与抗震设计有效结合起来，直接关系着建筑的抗震性能与抗震承载力。本文从建筑设计和建筑抗震设计的关系，分析了建筑设计在建筑抗震设计中的关键性问题，并重点的讲述了房屋建筑抗震设计中经常出现的问题。

【关键词】抗震设计 建筑设计 应用

一、建筑设计和建筑抗震设计的关系

对于建筑抗震设计一直存在着一种误解，往往认为建筑抗震只是结构设计师的工作，建筑设计师很少把抗震设计考虑在内。在建筑设计规定中，只对结构设计过程中的抗震设计进行了要求和规范，缺少统一专门的建筑设计抗震规定。长期的地震建筑灾害调查表明，建筑工程如果缺乏系统的总体建筑设计方案，单单依靠结构抗震设计一旦发生强烈的地震，其抗震效果会大大降低，甚至减轻不了建筑物的地震损害程度。鉴于这种情况，在新修订的《建筑抗震设计规范》中增加了对建筑设计师建筑设计的抗震要求与规范，这样就可以有效地将建筑设计和建筑抗震设计系统的结合起来，全面提高建筑抗震设计的水平和效果，例如在注册建筑师考试中就增加了对建筑抗震设计概念和要求的考核，不断增加建筑师的抗震设计知识理念。

建筑设计过程是从立项开始，建筑师依据建筑投资方的总体设计要求和设计目标进行设计方案构思和总体方案规划，经过相关监测部门认证后，绘出建筑体型、平面和竖向布置的初步设计图纸。结构设计师再根据初步设计图纸开展建筑结构图设计。可以说建筑设计起着决定性。纲领性作用，建筑结构设计往往处于被动状态，只能遵循于建筑设计结果。因此，对于建筑抗震来讲，在建筑初步设计中是否把抗震设计考虑在内、是否与抗震设计有效结合起来，直接关系着建筑的抗震性能与抗震承载力。如果建筑师能够很好地把抗震设计问题考虑在内，同时不断加强与结构设计师之间的良好沟通，那么结构设计师就可以充分对结构构件进行科学合理的设计，协调和均匀分布建筑结构的质量与刚度，大大改善和提高抗震能力，必须增大水泥钢筋的用量和建筑构件截面，增加额外的建筑成本。由此可见，建筑设计直接影响着建筑抗震设计，是建筑抗震设计的关键环节。

二、建筑设计在建筑抗震设计中的关键性问题

2.1建筑体型设计

建筑体型设计主要包括平面和立体空间形状设计，可以简单的归纳为单一体型和组合体型。震害表明，许多复杂平面形状的建筑物在地震中容易造成损害，例如汶川地震中，平面上外凸和内凹、侧翼布置不对称。侧翼过多延伸、主体建筑复杂等建筑物损害最为严重。然而，在震后建筑调查过程中，工作人员发现单一、简单的建筑平面形状未出现严重损害，甚至有的完好无损。特别是沿高度向上延伸的复杂和不规则建筑，例如建筑悬挂装饰重量过重、楼层之间高度差过大、出屋面面积较大等，这些形状的建筑物容易在地震中由于刚度突变而造成破坏。因此，在建筑体型设计过程中，应该尽可能保证平面设计的统一、简单、对称，长期实践表明，矩形、方形、圆形、椭圆形等对于增强抗震效果来说都是很好的选择。同时，要减少外凸与内凹的额外延伸建筑设计，尽可能避免不对称的侧翼设计，在体型布置上要保证结构的均匀与对称，避免建筑物结构性失衡。

2.2 建筑平面布置问题

建筑平面布置是建筑设计的重要组成部分，直接决定了建筑工程的使用功能与质量，其设计内容主要包括承重墙距离、支柱布置、铜带和电梯设计、房间数量与面积等。同时，由于建筑使用功能之间的差异，各个建筑空间的布置也都不同，比如写字楼和住宅或商场建筑的平面布置就存在差别，因此在建筑设计中必须考虑多样化问题。最突出的问题表现在承重墙布置不对称、支柱之间的距离不科学、电梯井位置设计不合理，以上情况极易在地震中造成扭转或者支柱失衡现象。在2012年1月12日，海地地震中的中央银行大厦倒塌，就主要是因为电梯井位置设计不当造成的。电梯井的刚度很大，然而不布置在大厦角落，结果造成电梯井一侧受到严重损害，导致整栋大厦失去原有的平衡。因此，要想增强整体抗震能力，建筑平面设计要尽可能保證结构构件在质量和刚度方面协调均匀分布，保持承重墙和支柱的适当距离，同时电梯井筒要居中设计，避免建筑物的偏重或扭转，使建筑物的使用功能和建筑抗震能力有效统一起来。地基抗震力下降的例子，最为显著的是“鸡腿形”建筑，在美日建筑中最为突出，1995年的日本大阪地震中，许多钢筋混凝土高层建筑发生了从中间楼层整体下落现象，上层结构坠落到下层建筑上，甚至建筑物产生了两三米的位移错动。为此，在竖向布置设计中，要保证整层刚度的一致性，做好楼层转换刚度设计。剪力墙设计要贯穿整个建筑，避免某一楼层刚度较小，造成扭转效应。

三、房屋建筑抗震设计中经常出现的问题

（1）抗震设防烈度低

建筑结构设计的安全度水平在大幅度提高，而我国现行抗震设防现状其标准还是比较低的，目前的建筑结构设计安全度早已不能适应人民的需要，不同的抗震设防烈度应对的房屋建筑也不一样。

（2）地基的选取不合理

房屋建筑应选择位于开阔平坦地带的硬土场地或密实均匀的硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。

（3）部分建筑物高度过高

钢筋混凝土的房屋建筑都有一个适宜的高度。在适度的高度范围内，其抗震能力还是可以的，也能发挥一定的作用，但由于目前受经济利益的驱使，相当一部分建筑的高度超出了限制。一旦发生地震灾害，超出高度的建筑物就会发生很大的变形，造成的破坏也将十分巨大，同时还会降低建筑物的抗震能力。

（4）对抗震材料选取不当

钢筋混凝土是我国建筑结构主要的核心，钢筋混凝土结构的位移限值影响着变形控制的基准。靠刚度很小的钢框架协同工作会因弯曲变形的侧移较大而减小侧移，这样无形中就增大了钢结构的负担，并且抗震效果也不明显，造成在施工中需要加大混凝土筒的刚度，从而形成加强层才能满足规范侧移限值。

四、建筑结构抗震设计的基本对策

1、选择的建筑场地和地基有利于抗震

①场地选择

在不同工程地质条件的场地上，地震对建筑物的破坏程度是截然不同的。因此，进行建筑物场地选择时，设计者必须综合评价工程地质的有关资料和地震活动情况，并结合工程的实际需要。首先，建筑宜避开对建筑抗震不利的地段，选择对建筑抗震有利的地段，例如平淡、开阔的硬场地土。其次，当没有办法避开使时，适当的抗震加强措施应被采用。

②地基处理

基础设计时应注意：a.当地基有新近填土、液化土、软弱粘性土时，基础的刚性差、整体性应得到加强；b.天然地基与桩基不宜混用在同一结构单元上；c.性质差异较大的地基上不宜设置同一结构单元；d.地圈梁应设置在墙下，以加强上部结构与基础的整体性，以抵抗不均匀沉降。

2、优化立面布置

①建筑布置的平立面应规则，体型要简单

当建筑物体形规则、简单时，其受力性能明确，在设计过程中就容易分析在地震作用下结构的内力和实际反映，且易于处理结构细部的结构，因此这类结构在遭遇地震后受到的损害相对较轻。反之，建筑体型复杂、不规则时，强度和刚度就容易发生突变，引起应力变形或集中，形成结构上的薄弱环节，从而造成较大的危害。

②力求建筑平、立面质量分布和刚度对称

建筑的质量分布和刚度不对称，在地震作用下就会发生十分明显的扭转振动。因此，建筑中的独立单元及整个建筑应力求质量、刚度对称，使其钢心与质心、偏心很小甚至完全重合。

③建筑的刚度变化和质量须均匀

建筑沿竖向分布的刚度和质量常常是不均匀的。比如，楼层错位的存在或在层高发部位内框架的填充墙设置不连续，短柱就在框架上形成。地震时就易对建筑造成损害。所以设计时必须采取必要的构造措施，对建筑结构中沿竖向分布不连续的质量进和刚度加以限制。

3、选择合理的抗震结构体系

①应有多道抗震防线

多道抗震防线，是指在地震作用下，一个抗震结构体系中的一部分延展性好的构件最大限度发挥其耗散、吸收地震能量的作用，首先达到屈服，起到第一道抗震防线的作用，其他构件则在其后依次屈服，从而形成第二、第三或更多到抗震防线。这样可以避免整个建筑结构体系因部分构件或结构破坏而丧失抗震能力。所以，结构设计须考虑设置多道抗震防线。

②结构刚性和强度分布须合理

如结构刚度和强度分布不合理，会产生塑性变形集中或过大的应力，结构就会突变或其局部受到削弱而形成薄弱部位。对结构上可能出现的薄弱部位，应采取相应措施提升其抗震能力。在强烈地震下，强度安全储备在结构上并不存在，而判断结构薄弱层的基础就在于构件的实际强度分布。

4、设计合理的建筑结构参数

计算分析参数设计，就是进行建筑各构件的地震效应和地震作用计算，各墙柱梁板变形及承载力计算包括于其中。把正确的计算模型建立在建筑结构的实际工作状况基础上，并根据概念设计做适当的简化处理、计算。对于地震作用下的復杂结构进行变形、内力分析时，应采用的力学与剪摩擦理论。其中，主拉应力理论适用于砖砌体，而剪摩擦理论适用于砖块 结构。应认真分析判断计算机的计算结果，确认其合理、有效后，才能用于工程设计。

抗震设计最重要的就是充分考虑经济和安全两者间的关系，只有将目光放长远，立足于我国建筑抗震设计发展的现状，认清存在的不足，跟国际接轨，采用最新科研成果，从最新抗震设计理念的趋势出发，探究新型材料将成为未来地震多发区建筑发展的新航标。

结束语

总的来说，建筑设计是建筑抗震设计的一个重要方面，建筑设计与建筑抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计，必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此，要充分重视建筑设计在建筑抗震设计中的重要性，在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。

参考文献：

[1]万全红.建筑抗震设计的应用性分析[J].建材发展导向.2011（09）

[2]张建江.建筑设计在建筑抗震设计中的应用[J].中国房地产业.2011（1）

[3]盖希君.浅析建筑设计在建筑抗震设计中的作用[J].科技创新与应用.2013（13）