淺析建筑方案中的抗震優(yōu)化設計

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【摘  要】地震造成的建筑物倒塌、斷裂是導致人員傷亡的主要原因，因此，在建筑物設計之初重視抗震的優(yōu)化設計，就可以在地震發(fā)生時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計中的幾種抗震優(yōu)化設計：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；“基礎隔震”優(yōu)化設計以及其他抗震優(yōu)化設計等，希望能夠在今后隨著建筑力學和材料科學的發(fā)展，使我們當前的抗震優(yōu)化手段更加多樣，抗震材料更加堅固，從而確保人民的生命安全不再受到地震的威脅。 

【關鍵詞】建筑；地震；設計；抗震優(yōu)化；  隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的逐步加快，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重，都使我們不得不對我們當前建筑物在方案設計時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，結果顯示，由于建筑物抗震設計不科學而造成的倒塌、斷裂導致了95%以上的人員傷亡。因此，在目前科學界對地震尚難做到準確預報的前提下，重視對現(xiàn)有建筑方案設計中的抗震設計予以優(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)驗和對歷次地震災害受損建筑的結構情況所作的統(tǒng)計資料進行分析以及借鑒國外抗震經(jīng)驗的基礎上，認為我們在建筑物的抗震優(yōu)化設計中應該特別注意下述幾個方面：  1 建筑物的建筑體型和立面抗震優(yōu)化  建筑體型和立面設計是整個建筑設計的重要組成部分，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)破壞最嚴重的建筑物的統(tǒng)計表明，許多平面形狀復雜，如外凸和凹進、側翼伸懸過多，對稱不規(guī)則的建筑物破壞程度都高于平面形狀設計簡單的建筑物。尤其是立面形狀復雜，空間布局不規(guī)則、不均衡，建筑物結構剛度突變的部位更是在地震中受損最為嚴重。因此，為了提高建筑物的抗震能力，在抗震設防烈度高的地區(qū)，建筑方案設計的過程中，一定要高度重視建筑物的建筑體型和立面設計，應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；應減少外凸和內(nèi)凹的形狀，避免不必要的非對稱側翼和過長側翼，在合理利用空間的同時，盡量避免方案設計開始就采用部分框架支抗震墻結構，對于框架間砌體填充墻，應保證其高度和長度在規(guī)范規(guī)定要求之內(nèi)；體系布置上應注意建筑質(zhì)量和結構剛度的均勻分布，避免由于二者不對稱所導致的扭轉反應。此外，在外墻轉角和大廳四角應設計抗震構造柱，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，在進行建筑方案設計的過程中都要充分對之予以抗震優(yōu)化的設計考慮。柱子應做到與地基、墻體、屋頂聯(lián)結一體，柱子之間的距離應該保持適中，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，在設計時應做到強度和剛度均稱，墻體與柱子分布均衡，否則地震時，建筑物將對地震產(chǎn)生扭轉作用，不利于建筑物的防震。房間的數(shù)量和布置應做到整體協(xié)調(diào)一致，不應集中于一側，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，導致結構受力和變形不協(xié)調(diào)。設計者出于建筑物實用和美觀的考慮，往往將電梯井筒設計在平面的一角或一側，但這樣設計的結果很容易造成地震時電梯一側的建筑物嚴重破壞，因為電梯井筒具有極大的抗側力剛度，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，在設計電梯的時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，保證建筑物主體結構的穩(wěn)固。通道和樓梯是在地震發(fā)生時建筑物內(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；而有的通道遠離房屋、人跡罕至，無法發(fā)揮其應有的疏通作用?？傊?，建筑平面的總體設計，應盡可能地將建筑物的實用功能要求和結構抗震要求融合為一，以便建筑物能夠充分發(fā)揮結構抗震的作用。  3  “基礎隔震”優(yōu)化設計  當前，隨著高層建筑和超高層建筑的不斷出現(xiàn)，對于地震時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《建筑抗震設計規(guī)范》要求這類建筑物抗震性能必須達到“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計規(guī)范也做有相似的規(guī)定。要使建筑物達到規(guī)范要求，做好“基礎隔震”優(yōu)化設計被認為是當前最為成熟的設計理論。  “基礎隔震”指的是在建筑物底部與地基之間，通過增加適當“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，從而減弱地震時建筑物受到的地震波的沖擊，同時由隔震系統(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”基礎隔震“的建筑物整體變形非常小，可以起到有效地保護作用。目前，這一結構設計在我國、美國、日本的建筑物抗震設計中都得到有大量的應用。  4 其他抗震優(yōu)化設計  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。頂層材料采用高強輕質(zhì)、剛度分布均勻的建筑材料。  4.2 在建筑物結構受力關鍵節(jié)點上，加裝阻尼器，以消耗地震能量，保護建筑物主體結構免遭損壞。如北京火車站、北京展覽館、北京飯店等標志性建筑，都曾采用粘滯阻尼器進行過加固。  總之，建筑抗震優(yōu)化設計是建筑方案設計時必須要考慮的一個重要組成部分。相信隨著建筑力學和材料科學的不斷發(fā)展，將會有更多的新技術來優(yōu)化我們當前的抗震設計思想，將會有更多的新材料被應用到建筑物的抗震設計中，以使我們未來的建筑物更加堅固，更加“優(yōu)化”，從而保障所有的人民能夠在地震災害突然到來的時候生命安全不會受到威脅。  參考文獻  [1]光明日報出版社，建筑抗震設計規(guī)范gb50011-2010[s]，2010.8  [2]郭繼武，《建筑抗震設計》（第三版）[m],北京，中國建筑工業(yè)出版社，2011.2  [3]呂西林，《超限高層建筑工程抗震設計指南》[m],北京，同濟大學出版社，2009.10  [4]趙西安，《鋼筋混凝土高層建筑結構設計》[m]，北京，中國建筑出版社，2005