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摘要：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。
关键词：建筑设计;建筑抗震设计
Abstract: A good anti-seismic design, must be in the architectural design and structural design of mutual collaboration with common design considerations based on complete seismic. Therefore, the importance of full attention must be paid to the architectural design in the seismic design of buildings, in seismic design of buildings and give better play to the architectural design should be the role.
Keywords: architectural design; seismic design of buildings
中图分类号：TU2文献标识码：文章编号：
一、引言
对于建筑抗震设计,至今仍然存在着一种误解,似乎建筑抗震只是结构工程师的事,与建筑师关系不大。因而,长期来只有对结构设计的抗震设计规范和规定,却没有一本专门谈建筑设计的抗震设计规范或规定。建筑抗震的实践表明,一个地震区的工业建设项目(建筑物),如果没有良好的建筑总体布置方案,单靠结构抗震计算和抗震构造措施,在较强烈地震作用下,仍是难以取得建筑抗震的较好效果,甚至减轻不了建筑物的震害程度。正是鉴于此原因,在《建筑抗震设计规范》内容中,在抗震设计的基本要求一章里,针对建筑师建筑设计应遵守的有关规定。这是非常正确而必要的。有了这方面的规定,就可以使建筑设计与建筑抗震要求有机地结合起来,使建筑抗震设计水平达到一个新的比较完善的高度。
二、抗震设防区建筑工程设计基本概念
我国的《建筑抗震设计规范》是实行以预防为主，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失；我国抗震设计思想是：“小震不坏、中震可修、大震不倒”。对于建筑师和结构工程师来说，在抗震设防区进行建筑工程设计应优先采用简单、均匀、规则、对称的建筑结构方案。从有利于建筑抗震的角度出发，地震区的房屋建筑平面形状应以方形、矩形、圆形为好，正六边形、正八边形、椭圆形、扇形次之，L 形、T 形、十 字形、U 形、H 形、Y 形平面较差。建筑的竖向体形变化要均匀，宜优先选用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免过大的外挑和内收。抗震设计中，房屋的高宽比是一个比房屋高度更需慎重考虑的问题，因为建筑的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。对称结构在地面平动作用下，一般只发生平移振动，各构件的侧移量相等，水平地震力按构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀；而非对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合，即使在地面平动作用下，也会激起扭转振动。其结果是，远离刚心的刚度较小的构件，由于侧移量加大很多，所分担的水平地震剪力也显著增大，很容易因超出允许抗力和变形极限而发生破坏，甚至导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。建筑方案的规则性对建筑结构的抗震安全性来说十分重要，它包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则”的具体界限随结构类型的不同而异，需要建筑师和结构工程师互相配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。
三、建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1 建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空间形状的设计。震害表明, 许多平面形状复杂, 例如平面上的外凸和凹进、 侧翼的过多伸悬、 不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。海城地震和唐山地震中有不少这样的震例。而平面形状简单规则的建筑( 包括单层和多层建筑) 在地震中都未出现较重的破坏；有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则, 例如
相邻单元的高差过大、 出屋面建筑部分的高度过高、 有的建筑装饰悬伸过大过高, 这些沿高度形状上的变化, 在地震时都会造成震害,特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。在历次地震中工业与民用建筑都有此类震例。所以, 在建筑体型的设计中, 应尽可能的使平面和空间的形状简洁、 规则； 在
平面形状上, 矩形、 圆形、 扇形、 方形等对抗震来说, 都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体形, 尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼, 在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布, 避免产生因体形不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在地震时发生对抗震极不利的扭转反应。在建筑设计中, 特别是高层建筑的建筑设计中, 为了建筑立面美观和艺术上创意, 复杂的建筑体型是难以避免的, 但是, 在设计时一定要把建筑艺术、 建筑使用功能同结构抗震安全很好的地结合起来。
2建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分, 它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离, 内墙的布置, 空间活动面积的大小, 通道和楼梯的位置, 电梯井的布置, 房间的数量和布置等等, 都要在建筑的平面布置图上明确下来； 而且, 由于建筑使用功能的不同, 每个楼层的布置有可能差异很大, 例如写字楼、公寓、商场、餐饮娱乐等的建筑布置, 在房间、空间的划分上差别很大。因此, 这就带来一个建筑平面布置的多样化如何同时考虑结构抗震要求的问题。一个比较突出的问题是, 建筑平面上的墙体 ( 包括外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙) 布置不对称; 墙体与柱的分布不对称, 不协调； 造成建筑结构质量与刚度在平面上分布的不对称, 不协调；使建筑物在地震时产生扭转地震作用,对抗震很不利。有的建筑物, 其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或平面的一侧, 结果在地震中造成靠电梯井一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度, 吸引了地震作用的主要部分。
3 建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度 ( 沿楼层) 建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中, 无论单层和多层都存在此问题。在大量的高层建筑和超高层建筑中, 此问题更突出。存在的主要问题是, 由于建筑使用功能的不同要求, 如: 底层或下面几层是商场、购物中心, 建筑上要求的是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼居室, 前者主要是设柱, 墙很少, 而后者则是以墙为主, 柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅； 在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅； 还有健身房, 游泳池等等。建筑使用功能的不同, 形成了建筑物沿高度(楼层) 分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大, 形成突变。在刚度最差的楼层形成了对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中, 在建筑使用功能不同的情况下, 很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐； 柱子不对齐； 墙体不连续, 不到底； 上层墙多, 下层墙少；上层有柱, 下层无柱等, 使地震力的传递受阻或不通。抗震用的剪力墙设置也受到限制, 有的剪力墙 ( 因下层大空间的限制) 不能直通到底层 ( 基础层) ； 有的则是剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置, 都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。导致刚度发生突变的薄弱层的严重破坏。多次大地震的震害表明, 建筑竖向布置设计上带来的上下楼层刚度的过大变化 ( 突变) ,给建筑物造成很多破坏, 甚至是整个楼层的倒塌。众所周知的 / 鸡腿0 建筑, 在美日两国的地震中遭到了严重的 / 鸡腿0 断裂倒塌破坏。因该层的刚度最差, 变形过大。
四、总结
总起来说, 建筑设计是建筑抗震設计的一个重要方面, 建筑设计与建筑抗震设计有着密切的关系。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]《建筑抗震设计规范》(CBJll-89)，中国建筑工业出版社，2005。
[2] 包世华、方鄂华，《高层建筑结构设计》，清华大学出版社，2003。
[3] 赵西安，《钢筋混凝土高层建筑结构设计》，中国建筑出版社，2005。
[4] 魏涟，《建筑结构抗震设计》，万国学术出版社，2001。
关键词：建筑设计;建筑抗震设计
Abstract: A good anti-seismic design, must be in the architectural design and structural design of mutual collaboration with common design considerations based on complete seismic. Therefore, the importance of full attention must be paid to the architectural design in the seismic design of buildings, in seismic design of buildings and give better play to the architectural design should be the role.
Keywords: architectural design; seismic design of buildings
中图分类号：TU2文献标识码：文章编号：
一、引言
对于建筑抗震设计,至今仍然存在着一种误解,似乎建筑抗震只是结构工程师的事,与建筑师关系不大。因而,长期来只有对结构设计的抗震设计规范和规定,却没有一本专门谈建筑设计的抗震设计规范或规定。建筑抗震的实践表明,一个地震区的工业建设项目(建筑物),如果没有良好的建筑总体布置方案,单靠结构抗震计算和抗震构造措施,在较强烈地震作用下,仍是难以取得建筑抗震的较好效果,甚至减轻不了建筑物的震害程度。正是鉴于此原因,在《建筑抗震设计规范》内容中,在抗震设计的基本要求一章里,针对建筑师建筑设计应遵守的有关规定。这是非常正确而必要的。有了这方面的规定,就可以使建筑设计与建筑抗震要求有机地结合起来,使建筑抗震设计水平达到一个新的比较完善的高度。
二、抗震设防区建筑工程设计基本概念
我国的《建筑抗震设计规范》是实行以预防为主，使建筑经抗震设防后，减轻建筑的地震破坏，避免人员伤亡，减少经济损失；我国抗震设计思想是：“小震不坏、中震可修、大震不倒”。对于建筑师和结构工程师来说，在抗震设防区进行建筑工程设计应优先采用简单、均匀、规则、对称的建筑结构方案。从有利于建筑抗震的角度出发，地震区的房屋建筑平面形状应以方形、矩形、圆形为好，正六边形、正八边形、椭圆形、扇形次之，L 形、T 形、十 字形、U 形、H 形、Y 形平面较差。建筑的竖向体形变化要均匀，宜优先选用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免过大的外挑和内收。抗震设计中，房屋的高宽比是一个比房屋高度更需慎重考虑的问题，因为建筑的高宽比值愈大，即建筑愈瘦高，地震作用下的侧移愈大，地震引起的倾覆作用愈严重。对称结构在地面平动作用下，一般只发生平移振动，各构件的侧移量相等，水平地震力按构件刚度分配，因而各构件受力比较均匀；而非对称结构，由于刚心偏在一边，质心与刚心不重合，即使在地面平动作用下，也会激起扭转振动。其结果是，远离刚心的刚度较小的构件，由于侧移量加大很多，所分担的水平地震剪力也显著增大，很容易因超出允许抗力和变形极限而发生破坏，甚至导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。建筑方案的规则性对建筑结构的抗震安全性来说十分重要，它包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则”的具体界限随结构类型的不同而异，需要建筑师和结构工程师互相配合，才能设计出抗震性能良好的建筑。
三、建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1 建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空间形状的设计。震害表明, 许多平面形状复杂, 例如平面上的外凸和凹进、 侧翼的过多伸悬、 不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。海城地震和唐山地震中有不少这样的震例。而平面形状简单规则的建筑( 包括单层和多层建筑) 在地震中都未出现较重的破坏；有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则, 例如
相邻单元的高差过大、 出屋面建筑部分的高度过高、 有的建筑装饰悬伸过大过高, 这些沿高度形状上的变化, 在地震时都会造成震害,特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。在历次地震中工业与民用建筑都有此类震例。所以, 在建筑体型的设计中, 应尽可能的使平面和空间的形状简洁、 规则； 在
平面形状上, 矩形、 圆形、 扇形、 方形等对抗震来说, 都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体形, 尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼, 在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布, 避免产生因体形不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在地震时发生对抗震极不利的扭转反应。在建筑设计中, 特别是高层建筑的建筑设计中, 为了建筑立面美观和艺术上创意, 复杂的建筑体型是难以避免的, 但是, 在设计时一定要把建筑艺术、 建筑使用功能同结构抗震安全很好的地结合起来。
2建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分, 它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离, 内墙的布置, 空间活动面积的大小, 通道和楼梯的位置, 电梯井的布置, 房间的数量和布置等等, 都要在建筑的平面布置图上明确下来； 而且, 由于建筑使用功能的不同, 每个楼层的布置有可能差异很大, 例如写字楼、公寓、商场、餐饮娱乐等的建筑布置, 在房间、空间的划分上差别很大。因此, 这就带来一个建筑平面布置的多样化如何同时考虑结构抗震要求的问题。一个比较突出的问题是, 建筑平面上的墙体 ( 包括外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙) 布置不对称; 墙体与柱的分布不对称, 不协调； 造成建筑结构质量与刚度在平面上分布的不对称, 不协调；使建筑物在地震时产生扭转地震作用,对抗震很不利。有的建筑物, 其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或平面的一侧, 结果在地震中造成靠电梯井一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度, 吸引了地震作用的主要部分。
3 建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度 ( 沿楼层) 建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中, 无论单层和多层都存在此问题。在大量的高层建筑和超高层建筑中, 此问题更突出。存在的主要问题是, 由于建筑使用功能的不同要求, 如: 底层或下面几层是商场、购物中心, 建筑上要求的是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼居室, 前者主要是设柱, 墙很少, 而后者则是以墙为主, 柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅； 在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅； 还有健身房, 游泳池等等。建筑使用功能的不同, 形成了建筑物沿高度(楼层) 分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大, 形成突变。在刚度最差的楼层形成了对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中, 在建筑使用功能不同的情况下, 很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐； 柱子不对齐； 墙体不连续, 不到底； 上层墙多, 下层墙少；上层有柱, 下层无柱等, 使地震力的传递受阻或不通。抗震用的剪力墙设置也受到限制, 有的剪力墙 ( 因下层大空间的限制) 不能直通到底层 ( 基础层) ； 有的则是剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置, 都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。导致刚度发生突变的薄弱层的严重破坏。多次大地震的震害表明, 建筑竖向布置设计上带来的上下楼层刚度的过大变化 ( 突变) ,给建筑物造成很多破坏, 甚至是整个楼层的倒塌。众所周知的 / 鸡腿0 建筑, 在美日两国的地震中遭到了严重的 / 鸡腿0 断裂倒塌破坏。因该层的刚度最差, 变形过大。
四、总结
总起来说, 建筑设计是建筑抗震設计的一个重要方面, 建筑设计与建筑抗震设计有着密切的关系。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]《建筑抗震设计规范》(CBJll-89)，中国建筑工业出版社，2005。
[2] 包世华、方鄂华，《高层建筑结构设计》，清华大学出版社，2003。
[3] 赵西安，《钢筋混凝土高层建筑结构设计》，中国建筑出版社，2005。
[4] 魏涟，《建筑结构抗震设计》，万国学术出版社，2001。