張 震，靳曉玲

（遼寧省城市建筑設計院，沈陽 110016）

淺談建筑設計方案中抗震設計思路

張 震，靳曉玲

（遼寧省城市建筑設計院，沈陽 110016）

本文主要對如何協(xié)調(diào)統(tǒng)一抗震設計與建筑設計方案之間的矛盾進行論述，分別分析抗震設計的發(fā)展變化特點及建筑設計方案的特點。通過積累的工程設計經(jīng)驗，參考國外成功的建筑設計作品，以及運用現(xiàn)代工程設計科學技術(shù)手段，使抗震設計更好的融入建筑設計方案之中；讓建筑設計方案設計更加合理，讓建筑更加實用、經(jīng)濟、美觀、安全，使之成為優(yōu)秀的建筑設計作品。

建筑設計；抗震設計；合理設計；結(jié)構(gòu)體系

0 引言

隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，建筑物的外形越來越新穎多變，建筑物的高度也越來越高。這也使得建筑設計師與結(jié)構(gòu)設計師之間的矛盾越來越突出，其主要矛盾的由來就是建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計要求。我國現(xiàn)行建筑抗震設計規(guī)范的要求，尤其是對高層建筑的體形等多方面有明確限制要求。這使得建筑設計師在建筑設計方案階段，眾多新穎、創(chuàng)新的思路不能更好表達出來。如何讓新穎建筑設計方案更加合理呢？結(jié)合近幾年設計積累的經(jīng)驗，參考國內(nèi)外相關(guān)建筑設計資料，將建筑設計中的體會和心得同大家共同分享。

1 抗震設計

我國現(xiàn)代抗震設計發(fā)展的歷史：我國較為系統(tǒng)的抗震設計文件（試行）始于1974年，在此之前雖然也做了大量的資料及數(shù)據(jù)收集工作，但由于之前的建筑物層數(shù)較低，平面布局較為簡單，地震發(fā)生地點多為偏遠、人稀地區(qū)，震害影響較小，具體經(jīng)驗不足，一直未能形成統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定。但在1975年的海城及1976年的唐山，發(fā)生的地震均在城市及周邊人口密集地區(qū)發(fā)生，由于城市發(fā)展，多層建筑及住宅區(qū)域劃分使人口非常密集，地震發(fā)生后造成了巨大人員傷亡及財產(chǎn)損失。根據(jù)唐山、海城地震震害的經(jīng)驗，對1974年試行規(guī)范進行修改，于1979年正式發(fā)布了抗震設計規(guī)范。其后，于1989年修訂改版。20世紀八、九十年代，新型建筑、高層建筑越來越多，人口也越來越集中。地震災害造成的損失也越來越巨大，例如：1999年臺灣9·21大地震等。規(guī)范于2001年再修訂改版。2008年汶川大地震又同樣造成巨大損失。2010年抗震規(guī)范再次修訂改版。這些血的教訓時刻提醒著我們抗震設計的重要性。通過震區(qū)震后的工程實例，我們可以看到，采取抗震設計的房屋，所受的地震破壞程度大幅度降低，但是由于地震災害的不可預見性及復雜性的特點，也要求結(jié)構(gòu)設計人員不能照本宣科，還須具體工程具體分析。雖然抗震設計規(guī)范多次修改，但我國抗震設計的基本思想變化不大。對于建筑形體設計要求還是平面基本規(guī)則，豎向規(guī)則，整體建筑簡單為主。這些抗震設計的基本要求是限制建筑設計方案發(fā)展的最主要一點。

2 建筑設計方案

建筑設計方案是建筑設計的核心，建筑設計方案的初步確定，是建筑設計師根據(jù)使用者提出的建筑主要使用功能，結(jié)合該功能建筑的特點、建設地點及周邊環(huán)境特點等綜合因素考慮而形成的。同時方案設計也受到建設資金、使用方的一些想法等因素制約?，F(xiàn)代建筑設計特點并不是一味地追求新奇特，而是讓外部立面設計上更能貼近現(xiàn)代審美要求，使內(nèi)部空間更適用于現(xiàn)代生活之需要。一個優(yōu)秀的建筑設計方案是在突出個性特點基礎(chǔ)上，更完善的處理解決各個方面產(chǎn)生的矛盾。

3 抗震設計與建筑設計方案

抗震設計與建筑方案雖然在多方面表現(xiàn)是矛盾的，但不是不可協(xié)調(diào)的。設計師們廣開思路，運用現(xiàn)代科技手段，是可以設計出優(yōu)秀的建筑作品的。

1）對于建筑外部整體平面布局的設計要求?？蓪碗s的建筑平面進行分割設計，采用設置變形縫的方法，將其分成若干個規(guī)整單元，既能滿足抗震規(guī)范要求，也不會破壞平面使用功能和整體造型。對于有些觀點提出的變形縫不好看，影響立面效果，設計師可以通過將該部位兩側(cè)主體錯位設計方法，即利用視覺差，弱化人們對變形縫的直觀感覺；對于要徹底消除變形縫影響，則需借助外裝飾構(gòu)件，可采取外裝飾幕墻等輕質(zhì)構(gòu)件對外立面的變形縫進行裝飾處理?？拐鹪O計要求結(jié)構(gòu)主體設置變形縫，并規(guī)定相應變形縫寬度，是防止在地震時建筑物間晃動、碰撞造成結(jié)構(gòu)主體的破壞，由于輕質(zhì)外裝飾構(gòu)件會在地震時變形破壞，不會對建筑物主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用。所以，通過輕質(zhì)外裝飾材料的設置，可以解決由于設置變形縫引來的美觀問題，并且不會影響到結(jié)構(gòu)主體抗震性能。

2）對于住宅類型建筑：由于其使用功能單一，房間分隔墻較多，結(jié)構(gòu)沿豎向布局比較均勻，一般只是平面形狀變化較大，只要結(jié)構(gòu)設計師按照建筑平面方案合理布置結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件，采用框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等一般常規(guī)結(jié)構(gòu)形式都可以滿足本地區(qū)抗震設計要求。對于高層住宅底部要求設置商業(yè)用途的建筑，應該優(yōu)先選用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系。有些結(jié)構(gòu)設計人員不愿意做轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，認為轉(zhuǎn)換了，結(jié)構(gòu)受力復雜了，造價增加了，往往在設計中過度減小剪力墻長度、剪力墻開較大洞口的方法，來滿足建筑對底部大空間的使用要求。但即使是這樣做也不會完全適應建筑功能的要求，同時由于剪力墻不適當減少及剪力墻的不合理布置，也影響到建筑整體的抗震性能，造成結(jié)構(gòu)配筋不合理。合理的采用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系，既不會給建筑物抗震帶來不利影響，也不會過多的增加工程整體造價。建筑功能上可以最大限度地滿足建筑設計方案的初衷，結(jié)構(gòu)的抗震性能達到優(yōu)化，使建筑物整體含鋼量達到最低。

3）對于公建類型建筑：由于其平面使用功能的不確定性，各個樓層間使用功能不統(tǒng)一的特點，故不宜過多采用剪力墻，剪力墻設置應在電梯間、樓梯間等較為固定使用空間的部位。要求建筑設計師在平面布局中加以考慮，在考慮建筑功能需要的同時，也兼顧結(jié)構(gòu)抗震設計的合理性布置。由于對空間的需求，框架體系元素更多地運用在公建類型的建筑中。由于建筑高度較高，各層使用荷載較大，使得鋼筋混凝土框架柱截面一般較大，即使是采用高標號混凝土的鋼筋混凝土柱截面也會很大；適當在抗震性能要求較高的部位，采用型鋼混凝土及鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)體系更加合理，既有混凝土結(jié)構(gòu)的剛度，又有鋼結(jié)構(gòu)的良好延展性，可以讓該混合結(jié)構(gòu)在抵抗地震災害時發(fā)揮最大的作用。對于大跨度的框架梁，也可以多采用型鋼結(jié)構(gòu)及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，既可以提高建筑的水平抗震性能，也有效的降低框架梁的高度。對于預應力梁的運用，不建議大量使用，雖然預應力梁的采用可以降低框架梁的高度，但其性質(zhì)類同于普通鋼筋混凝土梁，且對梁端約束要求較大，協(xié)調(diào)變形能力一般。

4）隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，高層建筑的高度已經(jīng)不是制約建筑設計的主要問題了，通過計算機軟件的抗震模擬計算，使更多的高層建筑的設計方案得以優(yōu)化。高層建筑設計方案中存在的主要問題是結(jié)構(gòu)體系的選擇，隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)柱截面會增大，剪力墻數(shù)量也會增多，對建筑內(nèi)部平面功能影響較大。一般結(jié)構(gòu)設計師會根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗先選擇框架結(jié)構(gòu)，然后框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，最后選擇框筒結(jié)構(gòu)以及鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)。認為這樣可以節(jié)省造價。實際上這是一個誤區(qū)，只有根據(jù)建筑使用功能特點，合理選用結(jié)構(gòu)形式才是降低成本的最好途徑。隔震設施及減震設施已在許多工程得到了應用，通過實驗室內(nèi)地震模擬實驗及國內(nèi)外一些實際工程中應用的經(jīng)驗，會逐步在更多的現(xiàn)代建筑設計中得到應用及發(fā)展，也會給建筑設計方案的創(chuàng)作帶來最大的自由度。

4 結(jié)語

建筑設計與結(jié)構(gòu)設計是建筑設計中最重要的環(huán)節(jié)，抗震設計也是關(guān)乎人民生命安全的頭等大事。建筑設計師與結(jié)構(gòu)工程師之間的工作是密不可分的，建筑設計師應更多了解結(jié)構(gòu)設計的原理及構(gòu)造，結(jié)構(gòu)工程師應更大膽放開，多利用現(xiàn)代科技手段，幫助建筑設計師實現(xiàn)更多新穎、豐富多彩的建筑作品。

[1]林同炎，思多臺斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]尹青.建筑設計構(gòu)思與創(chuàng)意[M].天津：天津大學出版社，2002.

[3]GB 50011—2010，抗震設計規(guī)范[S].

TU398

A

1673-1093（2015）03-0058-03

張震（1975），男，畢業(yè)于東北大學，高級工程師。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.03.013

2014-12-18；

2015-01-04