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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;抗震设计
中图分类号:TU2文献标识码: A
建筑设计是否考虑抗震要求,从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改,建筑设计定了,结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求,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;如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求,那就会给结构的抗震设计带来较多困难,有时为了提高结构构件的抗震承载力,不得不增大构件的截面或配筋用量,造成不必要的投资浪费。可见,建筑设计是否考虑抗震要求,对整个建筑起着很重要的作用。因此,我们在建筑抗震设计过程中特别要注重以下几个问题。
1 高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容
在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态,为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分,但是由于结构弹塑性分析的复杂性,在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上,各国的做法也有所不同。
我國现行抗震规范(GB5002l-2001)要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震),按反应谱理论计算地震作用,用弹性方法计算内力及位移,并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行大震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计,再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法,即为所谓的二阶段设计方法,同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析(时程分析)和弹塑性静力分析(推力计算)两大类。
2建筑设计问题
2.1 建筑体型设计问题
建筑体型主要是指建筑的平面形状以及建筑主体的空间形状的设计。以我国的唐山地震为例,在地震的过程中,平面形状复杂的情况多会在地震中受到轻重程度的破坏,这包括外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等情况。规则而不复杂的平面形状则能够抵御地震的破坏,在地震之后甚至能够保持完好无损。在纵向上立体空间形状中存在的复杂和不规则在地震中很容易受到破坏,尤其是在建筑结构刚度因地震受到破坏的地方更容易受到破坏。因而,为了增强建筑的抗震性能,在建筑体型的设计过程中,要尽量使用简单、规则的平面与空间的形状;尽可能的采用矩形、方形、圆形、扇形等抗震性能较好的平面形状;尽量避免外凸和内凹的体型以及不对称的侧翼和过长的伸翼等平面形状的存在;尽可能的
是建筑结构的质量和刚度分布匀称以避免因扭曲反应而引起的抗震性能的下降。
2.2建筑平面布置设计问题
在整个建筑设计的过程中建筑平面布置有着十分重要的地位,它是建筑物的使用功能的基本反映。建筑平面布置图直接明确了柱子的距离、通道和楼梯的位置、房间的数量和布置等各方面的内容。在实际的建筑过程中,由于存在因建筑使用功能不同的情况,因而使各楼层在墙体(外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙)、墙体与柱子的不对称,从而最终造成了整个建筑抗震性能的降低。在有的建筑物中存在将刚度强的电梯井筒放在建筑的角部或者一侧,结果最终造成了在地震的过程中靠近电梯一侧的建筑遭受到了严重的破坏,究其原因在于具有极大抗侧力刚度的电梯井筒成为了地震作用的焦点,从而造成了邻近其周边的建筑遭受更加严重的破坏。在有的建筑物中存在平面布置上一侧的墙体过多而另一侧稀少的现象,在地震的过程中,因为平面墙体分布的不均,造成了中心的偏离,使建筑结构的手里不均,从而造成了地震中扭转现象的发生,使局部墙面遭受破坏。在商场的临街建筑中,存在临街一侧没有墙体而另一侧有刚度很强的墙体,这就造成了两侧刚度分布的不均,可能会降低建筑物的抗震性能,在地震时引起扭转地震作用。有的建筑则会发生内隔墙不对称甚至中断的现象,地震时由于这种现象的存在造成地震传递受阻,引起内部结构的破坏,对于建筑物抗震性能有着消极的影响。建筑平面布置设计直接关系到建筑的抗震性能,要解决的核心问题在于:建筑平面设计首要的要做到结构质量和刚度分布均匀并且对称,从而避免突变以及产生扭转效应,从而提升建筑物的抗震性能。建筑平面布置的总体设计的过程中我们要注重结构抗侧力构件的科学合理布置,在建筑使用功能与结构抗震相融合的基础上,充分发挥建筑设计在提升建筑抗震性能中的重要作用。
2.3 建筑竖向布置设计问题
在建筑设计的过程中不仅要重视建筑平面设计在建筑抗震中的作用,而且要从建筑竖向布置设计,即从高度结构的质量以及刚度分布设计上提升建筑物的抗震性能。建筑的竖向布置设计问题在单层或多层、高层建筑或超高建筑中都普遍存在。这些问题主要表现在,因建筑使用功能各异,底层的商场或者购物中心需要大柱距、大空间,而上面的写字楼或者公寓楼则需要以墙为主,柱很少;有的建筑物因使用功能的不同,在不同的楼层设有面积很大的公用天井大厅、大会议厅、展厅、报告厅等,因而造成了建筑物在质量与高度分布上的严重的不协调与不均匀。最为严重的问题就是在高度上上下相邻两层因质量和刚度分布的不均匀、不平衡、不协调,形成了突变。甚至于在有些楼层,因刚度不足或很差造成了抗震承载力不足或变形非常大的薄弱层对于建筑物的抗震有着严重的影响。这些问题都是我们在建筑设计的过程中必须充分重视的。在建筑的实际设计过程中有些布置因建筑使用功能的不同,而存在比如相邻楼层之间的墙体不对称,柱子不对齐,墙体中断或不到底,上下层墙不协调,上下层柱子不均衡现象的存在,导致了地震力传递的不同,同时剪力墙分布存在的不直通底层或者严重不对称以及数量太少都可能造成建筑物的扭转效能,从而影响建筑物的抗震性能。汶川地震表明,建筑物在竖向上的刚度的不均匀、不协调,会对建筑物造成严重影响,真至于会造成整个建筑物的坍塌。在日本一九九五年的阪神大地震中,就发生了多栋钢筋混凝土高层建筑中间楼层集体倒塌现象的存在。因而,在建筑竖向布置设计时,要尽量的保证剪力墙布置的匀称与协调,尽可能使其沿竖向贯通到建筑物底部,尽量避免中断或不到底现象的存在。
3 结束语
总之,作为建筑设计的重要方面,建筑抗震设计是建筑设计不可回避的重要内容。它不仅对于建筑的抗震性能有着重要的意义,而且直接关系到建筑的成败。成功的建筑设计必然是建筑设计与结构设计的科学合理的协作,最终提升建筑包括抗震性能在内的整体性能 。因此,我们在建筑设计的过程中,不仅要重视建筑抗震设计的重要性,而且要更好的发挥其在建筑设计中的不可替代的重要作用。
关键词:建筑设计;抗震设计
中图分类号:TU2文献标识码: A
建筑设计是否考虑抗震要求,从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改,建筑设计定了,结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求,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;如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求,那就会给结构的抗震设计带来较多困难,有时为了提高结构构件的抗震承载力,不得不增大构件的截面或配筋用量,造成不必要的投资浪费。可见,建筑设计是否考虑抗震要求,对整个建筑起着很重要的作用。因此,我们在建筑抗震设计过程中特别要注重以下几个问题。
1 高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容
在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态,为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分,但是由于结构弹塑性分析的复杂性,在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上,各国的做法也有所不同。
我國现行抗震规范(GB5002l-2001)要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震),按反应谱理论计算地震作用,用弹性方法计算内力及位移,并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行大震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计,再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法,即为所谓的二阶段设计方法,同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析(时程分析)和弹塑性静力分析(推力计算)两大类。
2建筑设计问题
2.1 建筑体型设计问题
建筑体型主要是指建筑的平面形状以及建筑主体的空间形状的设计。以我国的唐山地震为例,在地震的过程中,平面形状复杂的情况多会在地震中受到轻重程度的破坏,这包括外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等情况。规则而不复杂的平面形状则能够抵御地震的破坏,在地震之后甚至能够保持完好无损。在纵向上立体空间形状中存在的复杂和不规则在地震中很容易受到破坏,尤其是在建筑结构刚度因地震受到破坏的地方更容易受到破坏。因而,为了增强建筑的抗震性能,在建筑体型的设计过程中,要尽量使用简单、规则的平面与空间的形状;尽可能的采用矩形、方形、圆形、扇形等抗震性能较好的平面形状;尽量避免外凸和内凹的体型以及不对称的侧翼和过长的伸翼等平面形状的存在;尽可能的
是建筑结构的质量和刚度分布匀称以避免因扭曲反应而引起的抗震性能的下降。
2.2建筑平面布置设计问题
在整个建筑设计的过程中建筑平面布置有着十分重要的地位,它是建筑物的使用功能的基本反映。建筑平面布置图直接明确了柱子的距离、通道和楼梯的位置、房间的数量和布置等各方面的内容。在实际的建筑过程中,由于存在因建筑使用功能不同的情况,因而使各楼层在墙体(外围填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙)、墙体与柱子的不对称,从而最终造成了整个建筑抗震性能的降低。在有的建筑物中存在将刚度强的电梯井筒放在建筑的角部或者一侧,结果最终造成了在地震的过程中靠近电梯一侧的建筑遭受到了严重的破坏,究其原因在于具有极大抗侧力刚度的电梯井筒成为了地震作用的焦点,从而造成了邻近其周边的建筑遭受更加严重的破坏。在有的建筑物中存在平面布置上一侧的墙体过多而另一侧稀少的现象,在地震的过程中,因为平面墙体分布的不均,造成了中心的偏离,使建筑结构的手里不均,从而造成了地震中扭转现象的发生,使局部墙面遭受破坏。在商场的临街建筑中,存在临街一侧没有墙体而另一侧有刚度很强的墙体,这就造成了两侧刚度分布的不均,可能会降低建筑物的抗震性能,在地震时引起扭转地震作用。有的建筑则会发生内隔墙不对称甚至中断的现象,地震时由于这种现象的存在造成地震传递受阻,引起内部结构的破坏,对于建筑物抗震性能有着消极的影响。建筑平面布置设计直接关系到建筑的抗震性能,要解决的核心问题在于:建筑平面设计首要的要做到结构质量和刚度分布均匀并且对称,从而避免突变以及产生扭转效应,从而提升建筑物的抗震性能。建筑平面布置的总体设计的过程中我们要注重结构抗侧力构件的科学合理布置,在建筑使用功能与结构抗震相融合的基础上,充分发挥建筑设计在提升建筑抗震性能中的重要作用。
2.3 建筑竖向布置设计问题
在建筑设计的过程中不仅要重视建筑平面设计在建筑抗震中的作用,而且要从建筑竖向布置设计,即从高度结构的质量以及刚度分布设计上提升建筑物的抗震性能。建筑的竖向布置设计问题在单层或多层、高层建筑或超高建筑中都普遍存在。这些问题主要表现在,因建筑使用功能各异,底层的商场或者购物中心需要大柱距、大空间,而上面的写字楼或者公寓楼则需要以墙为主,柱很少;有的建筑物因使用功能的不同,在不同的楼层设有面积很大的公用天井大厅、大会议厅、展厅、报告厅等,因而造成了建筑物在质量与高度分布上的严重的不协调与不均匀。最为严重的问题就是在高度上上下相邻两层因质量和刚度分布的不均匀、不平衡、不协调,形成了突变。甚至于在有些楼层,因刚度不足或很差造成了抗震承载力不足或变形非常大的薄弱层对于建筑物的抗震有着严重的影响。这些问题都是我们在建筑设计的过程中必须充分重视的。在建筑的实际设计过程中有些布置因建筑使用功能的不同,而存在比如相邻楼层之间的墙体不对称,柱子不对齐,墙体中断或不到底,上下层墙不协调,上下层柱子不均衡现象的存在,导致了地震力传递的不同,同时剪力墙分布存在的不直通底层或者严重不对称以及数量太少都可能造成建筑物的扭转效能,从而影响建筑物的抗震性能。汶川地震表明,建筑物在竖向上的刚度的不均匀、不协调,会对建筑物造成严重影响,真至于会造成整个建筑物的坍塌。在日本一九九五年的阪神大地震中,就发生了多栋钢筋混凝土高层建筑中间楼层集体倒塌现象的存在。因而,在建筑竖向布置设计时,要尽量的保证剪力墙布置的匀称与协调,尽可能使其沿竖向贯通到建筑物底部,尽量避免中断或不到底现象的存在。
3 结束语
总之,作为建筑设计的重要方面,建筑抗震设计是建筑设计不可回避的重要内容。它不仅对于建筑的抗震性能有着重要的意义,而且直接关系到建筑的成败。成功的建筑设计必然是建筑设计与结构设计的科学合理的协作,最终提升建筑包括抗震性能在内的整体性能 。因此,我们在建筑设计的过程中,不仅要重视建筑抗震设计的重要性,而且要更好的发挥其在建筑设计中的不可替代的重要作用。