建筑设计在建筑抗震设计中的地位

摘 要：地震是破坏力最大，影响范围最广的一种自然灾害。为了保证人们生命与财产的安全，提高建筑物的抗震能力至关重要。本文首先给出了建筑设计与抗震性能的关系，然后，分析了建筑物抗震性能的影响因素，接着，分析了建筑设计对于抗震性能的影响，最后，以实际案例分析了建筑设计在建筑抗震设计中的影响情况，并提出了相应的解决方案。

关键词：建筑设计；地震；抗震；建筑物

引 言

为了减轻建筑物的地震破坏，避免地震所导致的人员伤亡，减少经济损失，应该加强建筑抗震的设计研究。由于建筑方案通常存在抗震的薄弱环节与薄弱位置，因此，有时抗震处理显得非常被动。为了提高建筑物的抗震能力，因此从设计出发，针对建筑设计在建筑物抗震设计中的重要性与影响进行分析讨论是非常必要的。本文将抗震问题与建筑设计进行了融合分析，通过针对某大学教学楼的设计，进行了抗震特性分析，并提出了相应的抗震解决方案[1]。

1 建筑抗震的基本概念

1.1 建筑抗震的分布与灾害

地震是一种常见的自然现象，指的是地球内部缓慢积累的能量突然释放所导致的地层振动。地震通常可以分为五种类型，即构造地震、陷落地震、火山地震、人工地震与诱发地震。其中，构造地震最为常见，是建筑抗震设计所需考虑的对象。地震主要发生在裂谷与脊骨、转换地层、海沟及大陆内部的古板块边缘等区域[2]。

地震灾害是一种破坏能力很大的自然灾害，主要分成直接灾害与次生灾害。其中，地震导致的直接灾害主要破坏建筑物，如房屋倒塌、铁轨变形、桥梁断落等。次生灾害主要有火灾、水灾、瘟疫等。

1.2 建筑抗震设计的方法与目的

1.2.1 建筑抗震设计的内容

建筑抗震设计主要包含概念设计、计算设计与构造设计三个方面。针对地震区的建筑工程，在考虑非地震设计的准则的基础上，还需要考虑特定的地震设计准则，由于对于场地的选择、建筑的造型与结构的体系需要进行详细的规定[3]。

1.2.2 建筑抗震设计的目的

抗震设计的目的是进行建筑设计首先需要进行考虑的问题。通常情况下，相关规范有如下要求：①地震发生后，经过一般修理或者不进行修理建筑物仍然可以继续使用；②地震发生后，建筑物并不要求完整无损，可以具备一定程度的损坏；③建筑物的损坏程度不会危机人与生产设备的安全，不需要進行修理，即使需要修理，规模也不能很大。

2 建筑设计的影响因素

建筑设计对其抗震性能具有直接的影响，同时，诸多因素对建筑设计具备影响，如：基地的要求、规划要求、功能需求、气候因素、结构与材料要求等。

（1）基地的要求。在建筑项目施工开始前，真要针对基地情况进行分析评估，基地所处的地段、大小、地形地貌等因素都是建筑师进行建筑设计的重要切入点。只有因地制宜才能充分与基地现状进行结合。如果建筑场地较小，则场地形状作为建筑设计的体型决定因素将会变得更为关键。基地的地下水、排水、电缆等管道布置与架空线等也会影响建筑的设计。最后，地质条件也是需要考虑的影响因素之一。一旦发生地震，地质条件就是决定地面运行情况的因素之一。

（2）规划要求。规划要求是建筑设计构思的根本依据，针对建筑物的体型具备影响与制约的作用。

（3）功能需求。不同的功能对于建筑物的影响力是不能忽视的，同时，不同的功能需要，也会对建筑抗震设计具有不同的要求。

（4）气候因素。气候因素是影响建筑物设计的重要因素，如降雨较多，降雪较多的地区，房顶的坡度应该较大，同时，也需要针对不同的气候因素考虑建筑抗震设计的不同。

（5）结构与材料要求。建筑物的设计都需要对应的结构得以体现。结构与材料的发展对建筑物的设计产生了推动作用。不同的材料具备不同的特性，也具备不同的抗震性能。

3 建筑设计对于抗震性能的影响

建筑设计针对抗震性能的影响与重要指标主要体现在以下几个方面：

（1）规则性。建筑设计应该注意规则与简单的特点。规则主要包含建筑的平与立面外形尺寸、结构构件的布置、质量分布与强度分布等。通常，建筑平面以方形、矩形、L形、T形及I形为主。其中，建筑平面L长度不能过长，突出部分C应该尽量缩小。

（2）对称性。对称性指的是建筑物的几何特性，与建筑的结构设计及构造细部息息相关。不具备对称结构的建筑平面抗震性不强，从几何方面看，不对称结构容易引起建筑物的质量中心与刚度中心间产生偏离，发生地震将会导致灾害，不对称的结构还会导致应力集中，由于在建筑的凹角处。

地震可能来自任意方向，因此，建筑平面最好具备多轴对称的结构。如下图所示，正方形、圆形、正八边形具备多轴对称结构，抗震性能较好。长方形、H形具备两轴对称形式，抗震性能较好。T形、U形仅仅是一轴对称，抗震性能不强。

（3）均匀性。该性能只要是指建筑结构的均匀性，具备良好的均匀性，可以使建筑物的质量中心与抗震结构体系的刚度中心接近重合，降低地震导致的偏心扭转。如果刚度结构不均匀，则会发生很大偏心，导致虚假对称，不利于抗震。

（4）密实性。所有竖向结构的构件的总面积与楼层总面积的比值就是结构平面的密度，直接影响建筑物的抗震性能。建筑水平结构可以用来抵御水平地震载荷，结构平面的密度越大，抗震性能越好。

（5）高宽比。高宽比严重影响建筑物的抗震性能，针对高层建筑，建筑物越细，则地震导致的倾覆作用就越严重。通常，地震区内的建筑物应该具备较高的侧向刚度，高宽比应该较小，一般以3～4m为宜。

（6）剪力墙的分布。剪力墙是建筑物主要的抗震构建，需要注意其平面布置情况。剪力墙的刚度、强度与抗震性能等与墙身的开洞大小、数量与位置等因素有关。当剪力墙有洞口时，其特性随洞口大小的变化而变化。洞口从无到有，从小变大，特征也由强度与刚度较大的实心剪力墙变成开口剪力墙。一旦剪力墙的洞口较大时，发生地震，剪力墙的洞口与局部减弱处有可能发生破坏。

4 案例分析——某大学综合教学楼

4.1 背景概述

某市属于7度抗震设防烈度区，但是，根据历史显示，该地区所发生的大地震频率并不是很高。但是，该市的高层建筑林立，应该加强对这些高层建筑进行抗震设计。本文所分析的某大学教学楼是一栋建筑平面与立面并不规则的高层建筑，所采用的抗震措施与抗震效果对于建筑设计具备重要意义。

某大学教学楼总占地面积15615m2，建筑面积46240m2，地下1层，地上21层，每层高为4m，且每3层设置一个高为2米的设备层，建筑物总高98m，整体使用钢结构，总重为7600t。

4.2 建筑设计

该教学楼的主体建筑为方正简洁的设计，其中，内部空间的设计是底边长48.6m，高98m的长方体，使用L形体块单元采用依次螺旋上升的布置方案，构建统一的高层建筑。

4.3 抗震性能设计

本建筑物具备独特的建筑体型、不断上升的L形平面布局与设备夹层设计，导致了该楼具备明显的平面不规则与竖向不规则等特点，给抗震设计带来了很大的挑战。

（1）L形体块单元属于基本无柱空间，可以灵活的用于教学、办公、科研等功能。同时，由于中间是开放式中庭设计，将不能利用空间设置核心筒抵抗水平地震作用。

（2）L形体快单元进行螺旋叠放，将会导致其质量中心也呈现螺旋上升排列，如果发生地震，将会产生扭转效应。

（3）每层楼板的开洞较大，较多楼层的楼板开洞面积大于整个楼板的35%，导致楼板削弱较多，不利于抗震。

针对以上建筑设计对于抗震的影响，可以使用如下方案进行解决：

（1）建筑整体使用柱距为16.2m的大柱，不仅可以满足不同的功能需求，而且还可以达到减轻结构自重，提高抗震的性能。

（2）结合建筑表皮的设计特点，结合阻尼器设计成为粘滞阻尼支撑体系，加强刚度，降低结构地震作用的反应，提高抗震性能。

（3）改善L形体块单元螺旋上升到引起的建筑竖向不规则结构。

（4）梁板体系使用热轧H型钢梁与压型钢板进行组合，板底不进行受拉钢筋配置，可以实现水平力作用下梁与板共同工作，加强抗震能力。

5 结束语

地震是常见的自然灾害，地震所导致的灾害非常严重，只有提高建筑物的抗震设计才能提高建筑物的抗震能力。本文从建筑设计的角度分析，使用理论与案例相结合的方法進行了建筑设计与抗震设计的讨论分析。在给出建筑抗震设计影响因素的前提下，结合实际的案例，即该市某大学高层建筑物，进行了建筑设计与抗震分析，并提出了相应的抗震设计改进方案。

参考文献

[1]刘其祥，蔡益燕.多高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点的抗震设计[J].建筑结构，2012，31（8）：19～20.

[2]李灿灿，陆洲导，李凌志.建筑结构基于性能的抗震设计[J].四川建筑科学研究，2012（10）：46～47.

[3]杨磊.2010论高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理，2013（10）：36～37.

作者简介：樊亚明（1970-），男，本科，中级，主要从事建筑设计工作。