淺析建筑方案中的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)

淺析建筑方案中的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘

要】地震造成的建筑物倒塌、斷裂是導(dǎo)致人員傷亡的主要原因，因此，在建筑物設(shè)計(jì)之初重視抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)，就可以在地震發(fā)生時(shí)最大限度地保障人民群眾的生命安全。文章探討了建筑方案設(shè)計(jì)中的幾種抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)：建筑物的建筑體型和立面抗震優(yōu)化；建筑物平面布置抗震優(yōu)化；“基礎(chǔ)隔震”優(yōu)化設(shè)計(jì)以及其他抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)等，希望能夠在今后隨著建筑力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，使我們當(dāng)前的抗震優(yōu)化手段更加多樣，抗震材料更加堅(jiān)固，從而確保人民的生命安全不再受到地震的威脅。

【關(guān)鍵詞】建筑；地震；設(shè)計(jì)；抗震優(yōu)化；

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的逐步加快，越來越多的高樓大廈拔地而起，改善了人們的居住環(huán)境，提高了人們的生活質(zhì)量。但2008年的汶川大地震、2010年的舟曲大地震以及2011年日本爆發(fā)的9級大地震，其震級之高，造成的人員傷亡之嚴(yán)重，都使我們不得不對我們當(dāng)前建筑物在方案設(shè)計(jì)時(shí)的抗震能力予以反思。據(jù)對這三次大地震以及歷史上傷亡人數(shù)較多的130次地震所做的分類統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，由于建筑物抗震設(shè)計(jì)不科學(xué)而造成的倒塌、斷裂導(dǎo)致了95%以上的人員傷亡。因此，在目前科學(xué)界對地震尚難做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的前提下，重視對現(xiàn)有建筑方案設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)予以優(yōu)化就顯得十分重要。那么建筑物的抗震優(yōu)化我們需要考慮哪些方面呢？筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)和對歷次地震災(zāi)害受損建筑的結(jié)構(gòu)情況所作的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析以及借鑒國外抗震經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為我們在建筑物的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)該特別注意下述幾個(gè)方面：

1建筑物的建筑體型和立面抗震優(yōu)化

建筑體型和立面設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，主要是指建筑物的平面形狀和主體的空間形狀。經(jīng)過汶川地震后對多數(shù)破壞最嚴(yán)重的建筑物的統(tǒng)計(jì)表明，許多平面形狀復(fù)雜，如外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼伸懸過多，對稱不規(guī)則的建筑物破壞程度都高于平面形狀設(shè)計(jì)簡單的建筑物。尤其是立面形狀復(fù)雜，空間布局不規(guī)則、不均衡，建筑物結(jié)構(gòu)剛度突變的部位更是在地震中受損最為嚴(yán)重。因此，為了提高建筑物的抗震能力，在抗震設(shè)防烈度高的地區(qū)，建筑方案設(shè)計(jì)的過程中，一定要高度重視建筑物的建筑體型和立面設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能地保持平面形狀和主體空間形狀的簡潔、規(guī)則，可選用矩形、扇形、圓形、方形等抗震能力較好的體型，避免采用l、π形不規(guī)則平面等而造成的縱向剛度不均；應(yīng)減少外凸和內(nèi)凹的形狀，避免不必要的非對稱側(cè)翼和過長側(cè)翼，在合理利用空間的同時(shí)，盡量避免方案設(shè)計(jì)開始就采用部分框架支抗震墻結(jié)構(gòu)，對于框架間砌體填充墻，應(yīng)保證其高度和長度在規(guī)范規(guī)定要求之內(nèi)；體系布置上應(yīng)注意建筑質(zhì)量和結(jié)構(gòu)剛度的均勻分布，避免由于二者不對稱所導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。此外，在外墻轉(zhuǎn)角和大廳四角應(yīng)設(shè)計(jì)抗震構(gòu)造柱，并保持彼此間的對稱分布。

2建筑物平面布置抗震優(yōu)化

建筑物的平面布置涉及內(nèi)墻布置、柱子間距、空間活動面積的大小、房間的數(shù)量和布置、電梯井的位置、通道和樓梯的位置選擇等，在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)的過程中都要充分對之予以抗震優(yōu)化的設(shè)計(jì)考慮。柱子應(yīng)做到與地基、墻體、屋頂聯(lián)結(jié)一體，柱子之間的距離應(yīng)該保持適中，彼此間空間不宜過大，以利于對屋頂?shù)膲w形成有效的支撐。建筑平面的墻體，包括外圍填充墻、內(nèi)隔墻等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到強(qiáng)度和剛度均稱，墻體與柱子分布均衡，否則地震時(shí)，建筑物將對地震產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用，不利于建筑物的防震。房間的數(shù)量和布置應(yīng)做到整體協(xié)調(diào)一致，不應(yīng)集中于一側(cè)，這將造成平面上剛度分布的不均稱，建筑物整體質(zhì)量分布的偏心，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力和變形不協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)者出于建筑物實(shí)用和美觀的考慮，往往將電梯井筒設(shè)計(jì)在平面的一角或一側(cè)，但這樣設(shè)計(jì)的結(jié)果很容易造成地震時(shí)電梯一側(cè)的建筑物嚴(yán)重破壞，因?yàn)殡娞菥簿哂袠O大的抗側(cè)力剛度，容易將地震產(chǎn)生的力量吸引到自身附近的建筑物上。所以，現(xiàn)代建筑，尤其是高層建筑，在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候一定要注意選擇好電梯井筒的位置，使其盡可能地坐落于建筑物的中部，同時(shí)保持周圍建筑與電梯井筒的剛度均勻、協(xié)調(diào)、相一致，以求最大限度地分散來自地震的作用力，保證建筑物主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。通道和樓梯是在地震發(fā)生時(shí)建筑物內(nèi)人員迅速逃生的通道，因此，除了要保證整體空間布局的勻稱外，還要對周圍房屋的數(shù)量、人員流通情況予以充分的考慮，以避免出現(xiàn)有的通道周圍房屋數(shù)量過多、人員過于擁擠；而有的通道遠(yuǎn)離房屋、人跡罕至，無法發(fā)揮其應(yīng)有的疏通作用?？傊?，建筑平面的總體設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能地將建筑物的實(shí)用功能要求和結(jié)構(gòu)抗震要求融合為一，以便建筑物能夠充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)抗震的作用。

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“基礎(chǔ)隔震”優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前，隨著高層建筑和超高層建筑的不斷出現(xiàn)，對于地震時(shí)建筑物的抗震性能也提出了更高的要求。對于這類高層或超高層建筑的抗震性能，我國2010年出臺的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求這類建筑物抗震性能必須達(dá)到“小震不影響使用，中震不需要修理，大震沒有人員死傷”的防震要求。美國和日本等國對建筑物的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范也做有相似的規(guī)定。要使建筑物達(dá)到規(guī)范要求，做好“基礎(chǔ)隔震”優(yōu)化設(shè)計(jì)被認(rèn)為是當(dāng)前最為成熟的設(shè)計(jì)理論。

“基礎(chǔ)隔震”指的是在建筑物底部與地基之間，通過增加適當(dāng)“疊層橡膠支座；滾動、滑動支座，包括砂墊層、石墨墊層”等緩沖物，從而減弱地震時(shí)建筑物受到的地震波的沖擊，同時(shí)由隔震系統(tǒng)提供建筑物的位移，使得“底層位移，上層不動”。因此，在地震過程中，采用”基礎(chǔ)隔震“的建筑物整體變形非常小，可以起到有效地保護(hù)作用。目前，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國、美國、日本的建筑物抗震設(shè)計(jì)中都得到有大量的應(yīng)用。

4其他抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1屋頂建筑不宜過高過重，保證屋頂重心與下部建筑重心在一條直線上。頂層材料采用高強(qiáng)輕質(zhì)、剛度分布均勻的建筑材料。

4.2在建筑物結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，加裝阻尼器，以消耗地震能量，保護(hù)建筑物主體結(jié)構(gòu)免遭損壞。如北京火車站、北京展覽館、北京飯店等標(biāo)志性建筑，都曾采用粘滯阻尼器進(jìn)行過加固。

總之，建筑抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)是建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的一個(gè)重要組成