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内蒙古呼和浩特市大学西街71号银都大厦B座三层侯娅楠收13789418025
摘 要:最近几年我国和世界地震灾害频发,在给人们生命财产安全带来巨大损害的同时,也再次警醒建筑抗震性能的重要性.建筑物的破坏是地震灾害破坏城市的主要形式,也是人们生命财产安全损失的主要原因.因此,在建筑设计中注重抗震设计,成为现代建筑设计专业的一个重要研究课题.本文分析了地震对建筑的破坏机理,并从建筑的平面设计、立面和造型设计、竖向布置设计、防震缝的设置等角度阐述了建筑方案设计阶段应注意的几个问题.
关 键 词:建筑方案；抗震设计；地震灾害
1建筑抗震设计的意义
如果建筑师提供的建筑设计方案没有很好地考虑抗震要求,甚至违背了建筑抗震概念设计的基本原则,致使方案存在严重的抗震薄弱部位,则会给结构的抗震设计带来较多困难.因此,建筑师要在建筑方案、初步设计阶段时就考虑抗震的要求,从整体上把握建筑的综合抗震能力,则结构工程师就可以对结构构件系统进行合理的布置,建筑结构的质量和刚度分布以及相应产生的地震作用和结构受力与变形比较均匀协调,使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高.
2地震对建筑的破坏机理
地震是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量瞬时急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,从而在一定范围内引起地面振动的现象.建筑物位于地球表面,建筑物受地震破坏的方式主要受地震波的传播方式影响.地震波的传播方式有三种:纵波、横波、面波.
1)纵波是推进波,它使地面发生上下振动,建筑物便随之上下颠簸,力量非常大,使底层承重的柱子或墙突然增加很大的动荷载,加之上部建筑物的自重压力,若超出底层墙、柱的承载能力,柱、墙就会垮掉,从而引发上层建筑的连续倒塌,
2)横波是剪切波,它使地面发生前后、左右抖动,
3)面波是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波,其波长大、振幅强,只能沿地表面传播,这两种波使建筑物水平摇摆,相当于对建筑物沿水平方向施加了一个来回反复的作用力.若底部柱、墙的强度或变形能力不够,就会使整栋建筑物向同一方向歪斜或倾倒.这种破坏方式在震区较常见,是造成建筑物强烈破坏的主要因素.很多时候,三种波同时发生作用,引起建筑物的扭转,而建筑物的抗扭能力通常较差,很容易扭坏.震区有的建筑物角部坍塌,便多属于这种情况.
3建筑方案设计应注意的问题
建筑设计三原则即“建筑的原则应当是能够保持坚固、适用和美观”.其中,坚固不仅是指建筑对竖向荷载的承受能力,还应包括抵抗水平荷载如风荷载和地震灾害的能力.新颁布的《建筑抗震设计规范》明确规定:建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性.不规则的建筑应按规定采取加强措施,特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证,采取特别的加强措施,严重不规则的建筑不应采用.因为简单、对称的结构容易估计其地震时的反应,也就容易采取抗震构造措施和进行细部处理.以下笔者就从建筑的平面设计、立面和造型设计、竖向布置设计、防震缝的设置等角度探讨建筑方案设计阶段应注意的几个问题.
3.1建筑的平面设计
建筑的平面布置是整个建筑设计中十分重要的部分,它直接反映了建筑的使用功能和要求.其中,柱子的距离、横墙的布置、空间活动面积的大小特别是无柱大空间的布置、楼电梯的位置、阳台出挑尺寸的大小、错层或跃层的室内设计、飘窗和大落地窗的设计等都会影响到建筑物的抗震性能.建筑的平面布置设计对建筑抗震影响很大,从概念上要解决的一个核心问题是:建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应.因此,要使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在抗震设计中的作用,并为结构的抗震设计打好基础.
3.2立面和造型设计
建筑的立面和造型设计往往是建筑方案设计时的难点,因为直接关系到建筑建成后呈现出来的外观效果.建筑造型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计.历次震害表明,许多平面形状复杂(如平面上大量的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等)的部位在地震中都遭到了不同程度的破坏,是建筑物抗震性能较差的“软肋”部分.而那些平面形状简单规则、“中规中矩”的建筑在地震中却未出现较重的破坏,有的甚至保持完好无损.同样,沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时也会造成震害.特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏.因此在建筑体型的设计中,应尽可能地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型,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,使建筑的结构质量中心与刚度中心相一致,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应.
3.3竖向布置设计
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上.无论是在单层、多层还是高层建筑中,这个问题都是不容忽视的.存在这个问题的原因主要是由于建筑使用功能的不同要求形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的不均匀、不协调.例如底层或下面几层是商场、购物中心或酒店,建筑上要求柱距大,空间大,墙少柱多,而上面的楼层则是开间较小的写字楼或公寓楼,空间上以墙为主,柱很少.这样就使上下楼层的质量和刚度相差过大,形成突变,并且在刚度最差的楼层形成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.
3.4合理设置防震缝
建筑抗震性能的强弱很大程度上取决于这个建筑的整体刚度和整体稳定性.由此可见,建筑的形状和体型越规则则抗震性能越强,反之其抗震性能就越差.但是从建筑的美学角度出发,建筑设计人员在进行方案创作时不可避免地会在平面、立面和造型处理上做一些变化.这个时候就应当尽量在适当部位设置防震缝,将建筑物分割成若干个体型相对规则、结构刚度均匀的独立单元,以防止在地震力的作用下由结构刚度和体型差异而引起的结构破坏.通常,防震缝的设置部位一般在建筑物立面高差大于6m时,建筑物有错层,且错层高差较大时,建筑物各部分结构刚度、质量截然不同时.当因建筑原因不宜留防震缝时,也应留混凝土后浇带.
4结语
地震是一种随机性振动,它有着难以把握的复杂性和不确定性.到目前为止,人类的科技水平还不能进行短期或临震预报,也就无法准确预算建筑物在遭遇地震时的各项变形参数,而且单靠计算也很难确保房屋具有足够的抗震性能.因此,在建筑的方案设计阶段,应尽可能在兼顾建筑造型,又满足使用功能要求的前提下,将建筑的抗震问题融入考虑,得到一个美观的、适用的、结构合理科学的方案,真正实现我们国家规定的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防目标.