從汶川地震看建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的結(jié)合.doc

1、從汶川地震看建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的結(jié)合【摘要】建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)乎建筑物的安全，汶川地震暴露出眾多建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題，為此，建筑設(shè)計(jì)必須與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，建筑設(shè)計(jì)也要滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)要求?！娟P(guān)鍵詞】汶川地震；建筑設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU201【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】1005-1074(2009)05-0053-012008 年 5 月份我國(guó)四川汶川發(fā)生了里氏8 級(jí)大地震，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。眾所周之，建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震能力起到了重要的作用，但由于建筑設(shè)計(jì)不合理造成建筑物抗震水平下降也是不可忽視的因素。對(duì)于建筑抗震設(shè)計(jì)，至今仍然存在一種誤解：似乎建筑抗震設(shè)計(jì)只是結(jié)構(gòu)工程師

2、的事， 與建筑師關(guān)系不大。 建筑抗震的實(shí)踐表明：一個(gè)地震區(qū)建筑物，如果沒(méi)有良好的建筑總體布置方案，單靠結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算和抗震的構(gòu)造措施，在較強(qiáng)烈的地震作用下，仍是難以取得建筑抗震的較好效果，甚至減輕不了建筑物的震害程度。因此，只有建筑設(shè)計(jì)與建筑抗震設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，建筑抗震設(shè)計(jì)水平才能達(dá)到一個(gè)比較完善的高度。1 建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)乎建筑物的安全建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面起著至關(guān)重要的作用。但也有一種不好的傾向，少數(shù)建筑設(shè)計(jì)師把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擺在從屬地位，并要求結(jié)構(gòu)必須服從建筑，應(yīng)以建筑為主。許多建筑設(shè)計(jì)師強(qiáng)調(diào)創(chuàng)作的美觀、新穎、標(biāo)新立異，強(qiáng)

3、調(diào)創(chuàng)作的最大自由度，然而有些創(chuàng)新的建筑方案卻在結(jié)構(gòu)上很不合理甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這無(wú)疑給建筑結(jié)構(gòu)的安全帶來(lái)隱患。例如，某市地震設(shè)防烈度是8 度，而且場(chǎng)地平面形狀規(guī)矩開(kāi)闊，對(duì)建筑平面形狀的選型未構(gòu)成任何限制，但建筑師所設(shè)計(jì)的某大廈(20 多層 )，其平面形狀是三角形，雖做了切角處理，但切角很小，迎風(fēng)面仍較大，在水平風(fēng)力作用下，它受力的效果，即抗彎曲變形和抗側(cè)移的能力比圓形、橢圓形、正方形、正多邊形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高層建筑要弱很多。另外，在地震水平力的作用下，由于三角形它沿主軸方向不都是對(duì)稱(chēng)的，這樣將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，而會(huì)使建筑物受到較嚴(yán)重的破壞。墨西哥城在1985 年 9 月地

4、震中， 不少三角形建筑均遭到嚴(yán)重的破壞。汶川地震中凡剛度不均勻的房屋幾乎不能幸免，懸挑建筑、弧形建筑、外長(zhǎng)廊建筑、建筑中的飄窗以及一些標(biāo)新立異的建筑都屬倒塌之列。2 汶川地震暴露出的建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題2.1 建筑平面布置不規(guī)則如正門(mén)為做店面大開(kāi)洞加玻璃櫥窗。地震時(shí)柱子折斷，騎樓倒塌帶動(dòng)主體結(jié)構(gòu)前傾，層層跌落。或是底層作車(chē)庫(kù)、商場(chǎng)，也就是正門(mén)大開(kāi)洞，三面有墻，建筑平面剛度不均勻。地震時(shí)底層倒塌，帶動(dòng)上部結(jié)構(gòu)層層跨落成“干層餅”破壞形狀。2.2 建筑立面布置不規(guī)則，豎向剛度突變建筑沿豎向或因?qū)痈咄蝗蛔兓?；在某層抽掉柱子形成開(kāi)闊空間；為追求大開(kāi)間無(wú)梁無(wú)柱等效果 , 均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則，剛度和強(qiáng)度突變。此

5、類(lèi)建筑在地震中破壞最為嚴(yán)重，而且破壞多集中在這些薄弱部位。文獻(xiàn)【1】對(duì)房屋結(jié)構(gòu)震害概況分析時(shí)指出，不規(guī)則建筑物，尤其是沿豎向不規(guī)則的房屋建筑，破壞較嚴(yán)重。典型的有兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)底層為空曠結(jié)構(gòu)，下部為薄弱層；突出屋面的小塔樓結(jié)構(gòu)。2.3 抗震構(gòu)造措施不當(dāng)“抗震構(gòu)造措施”是指根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的原則，一般不需作計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分所采取的細(xì)部構(gòu)造，抗震構(gòu)造措施要求是作為抗震驗(yàn)算的一種補(bǔ)充和保證，但在建筑設(shè)計(jì)時(shí)往往容易被人們忽視。如箍筋的 135彎鉤、柱箍筋的加密區(qū)問(wèn)題、構(gòu)造柱的馬牙槎問(wèn)題、拉結(jié)筋用植筋法錨固問(wèn)題、構(gòu)造柱縱向筋與梁、板錨固等，他們?cè)诮ㄖY(jié)構(gòu)中可謂小問(wèn)題，但在地震時(shí)都是小鬼當(dāng)家。箍筋的

6、設(shè)計(jì)與施工不規(guī)范，在這次地震中造成大量框架柱節(jié)點(diǎn)剪切破壞或柱筋壓屈破壞，這些都足以證明細(xì)部構(gòu)造的作用。汶川地震中很多框架結(jié)構(gòu)沒(méi)有倒塌，但填充墻毫無(wú)例外地都倒塌了，其根源除了施工質(zhì)量以外，更主要的是抗震構(gòu)造措施不到位，例如構(gòu)造柱及拉結(jié)筋的設(shè)置，不符合規(guī)范要求，鄰近框架柱邊的門(mén)窗過(guò)梁的設(shè)置等。3 建筑設(shè)計(jì)必須與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合3.1 成功范例在四川汶川地震中，綿陽(yáng)九洲體育館屹立不倒，各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好， 成為綿陽(yáng)市及周邊災(zāi)民的避難場(chǎng)所，成為成功進(jìn)行建筑與結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的典范。首先，該項(xiàng)目的建筑師在設(shè)計(jì)中正確樹(shù)立了城市公共建筑除滿(mǎn)足必要的功能外，安全防災(zāi)也是建筑必須考慮的設(shè)計(jì)理念。另外，由于規(guī)劃設(shè)計(jì)了建筑外

7、圍的大面積廣場(chǎng)，又使公眾在面對(duì)災(zāi)難時(shí)有了較廣闊的避難疏散空間。其次，在建筑方案的基礎(chǔ)上成功進(jìn)行了安全的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該體育館屋蓋為斜置柱面形，平面由圓弧線(xiàn)擬合成樹(shù)葉狀， 其長(zhǎng)軸為 165 米，短軸為 105 米，屬目前國(guó)內(nèi)最大的拱形體育館。其主要受力結(jié)構(gòu)為四榀落地的傾斜巨型格構(gòu)拱架，拱架間由平面桁架聯(lián)系，平面桁架間設(shè)置支撐桁架和支撐桿件，結(jié)構(gòu)形成一個(gè)空間體系，在邊跨中間結(jié)合機(jī)電設(shè)備豎井增加了節(jié)點(diǎn)，從而提高了建筑整體抗震能力。3.2 建筑抗震設(shè)計(jì)中的建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題3.2.1 建筑體型設(shè)計(jì)問(wèn)題建筑體型包括建筑的平面形狀和立體的空間形狀的設(shè)計(jì)。在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則。在

8、平面形狀上，矩形、圓形、方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō)，都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡量避免不對(duì)稱(chēng)的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的側(cè)翼，在體型布置上使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱(chēng)而引起建筑物在抗震時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。在建筑設(shè)計(jì)中，為了建筑立面美觀和藝術(shù)上的創(chuàng)意，復(fù)雜的建筑體型是難以避免的，但是，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要把建筑藝術(shù)、建筑使用功能同結(jié)構(gòu)抗震安全很好地結(jié)合起來(lái)。3.2.2 建筑平面布置設(shè)計(jì)問(wèn)題建筑物的平面布置在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的部分。它直接反映建筑的使用功能和要求，同時(shí)它與建筑抗震關(guān)系很大，因此從概念上要解決的一個(gè)核心問(wèn)題是，建筑平面設(shè)計(jì)上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)

9、量和剛度分布均勻， 對(duì)稱(chēng)協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在墻體布置上要均勻?qū)ΨQ(chēng)；在抗震墻(剪力墻 )布置上盡量與結(jié)構(gòu)抗震要求相結(jié)合；對(duì)剛度很大的樓、電梯井筒要居中布置，避免偏心扭轉(zhuǎn)地震效應(yīng)。3.2.3 建筑豎向布置設(shè)計(jì)問(wèn)題建筑的豎向布置設(shè)計(jì)問(wèn)題在建筑設(shè)計(jì)中主要反映在建筑物沿高度(沿樓層 )建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布設(shè)計(jì)上。在工業(yè)和民用建筑中，無(wú)論單層和多層都存在此類(lèi)問(wèn)題。在建筑設(shè)計(jì)中，盡可能使建筑物沿豎向的剛度分布比較接近，應(yīng)特別重視使剪力墻布置比較均勻并使其能沿豎向貫通到建筑底部，不應(yīng)中斷或不到底；盡量避免某一樓層剛度過(guò)??；盡量避免產(chǎn)生地震時(shí)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。3.2.4 建筑上應(yīng)滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)限值控制

10、問(wèn)題現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范對(duì)房屋建筑在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定，在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)予以遵守。一是房屋的建筑總高度和層數(shù)，二是對(duì)房屋抗震橫墻間距和局部墻體尺寸的限值控制。如墻體厚度設(shè)計(jì)問(wèn)題，過(guò)去的設(shè)計(jì)，追求節(jié)省投資，追求使用面積利用率，不少磚混結(jié)構(gòu)的承重墻采用180mm 厚，非承重墻采用120mm ，而這兩種墻體在汶川地震中都倒了。? ?3.3 如何促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合設(shè)計(jì)人員要提高質(zhì)量意識(shí)，清楚本職工作的重要性，同時(shí)設(shè)計(jì)單位要強(qiáng)化質(zhì)量管理，健全和完善質(zhì)量保證體系。具體有以下幾點(diǎn)：加強(qiáng)業(yè)務(wù)知識(shí)學(xué)習(xí)，提高技術(shù)素質(zhì)。有關(guān)上級(jí)行政主管部門(mén)應(yīng)大力支持設(shè)計(jì)單位和有關(guān)設(shè)

11、計(jì)人員按科學(xué)規(guī)律從事設(shè)計(jì)工作。加強(qiáng)建筑專(zhuān)業(yè)與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)之間的關(guān)系。從建筑師做建筑方案開(kāi)始，就應(yīng)不斷地向結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)征求意見(jiàn)，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)和其他專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員也應(yīng)及時(shí)地提出各自的要求。如在高層建筑設(shè)計(jì)中。由于結(jié)構(gòu)是以水平荷載為主要控制荷載，故結(jié)構(gòu)體系的選型和結(jié)構(gòu)布置要考慮最有利于抗震和抗風(fēng)的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸還要滿(mǎn)足剛度和延性的要求，這樣便對(duì)建筑設(shè)計(jì)形成了一定的約束和限制，所以建筑師在進(jìn)行平面和豎向構(gòu)思時(shí)，不可能像設(shè)計(jì)低層和多層建筑那樣自由，要多留些余地供結(jié)構(gòu)工程師能合理的選型和處理某些受力較復(fù)雜的問(wèn)題。另一方面，由于當(dāng)前社會(huì)上建筑工程設(shè)計(jì)任務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)很激烈，所以，結(jié)構(gòu)工程師也要盡可能創(chuàng)造更多的條件，使建筑師獲得更大的創(chuàng)作自由，使其設(shè)計(jì)意圖能夠?qū)崿F(xiàn)。4 結(jié)語(yǔ)綜上所述，影響建筑質(zhì)量安全的設(shè)計(jì)因素包括建筑和結(jié)構(gòu)兩方面。建筑設(shè)計(jì)必須和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)、相互配合、相互滲透，這樣才能設(shè)計(jì)出真正滿(mǎn)意的建筑。否則，創(chuàng)新的建筑方案再好也無(wú)法在結(jié)構(gòu)上得以實(shí)現(xiàn)，或者雖然可以實(shí)現(xiàn)，也是很不合理，最終影響建筑物的質(zhì)量安全。參考文獻(xiàn)1 王翠坤，楊沈 .汶川地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的啟示 J.震災(zāi)防御技術(shù)， 2008（