基于抗震策略的建筑设计策略

摘要：前国内外针对建筑设计方面的抗震研究较少，较多的是关于结构方面的抗震研究。作为工程设计的龙头――建筑专业而言，如果能够在建筑设计过程应用一定的抗震策略进行指导，将能更积极有效的提高建筑物的抗震性能。

关键词： 抗震；建筑；设计

一、建筑抗震设计程序

建筑抗震设计程序是伴随着工程设计而进行。第一，工程项目的场地选择，对于一般中小型工程而言，在选择过程中，要明确该地区的抗震设防烈度，如果是6度以上，则必须进行抗震设计；对于重要建设项目而言，要通过地震部门进行专题的地震烈度鉴定。第二，根据规范上的建筑重要性分类标准，不同类型的建筑（甲、乙、丙、丁类）分别采取相应的抗震措施，保证建筑的抗震性能。第三，拟定建筑造型和平面形状、确定结构体系、选择建筑材料，通过结构地震反应计算和分析确定具体的抗震设计措施。第四，建筑、结构、设备的抗震细部构造措施以及环境设计也是抗震设计中不可忽视的一环节。

二、建筑抗震设计的总体要求

建筑遭受地震作用的破坏会产生程度不同的破坏力。人们将抗震调查研究和抗震理论探讨所认识到的客观规律应用在工程设计中，以增强建筑抵抗地震破坏的能力。地震和抗震、破坏力和抵抗力相互作用，相互矛盾着。矛盾一方的地震，它大致包括由于地震而引起的地面运动，场地和场地土的变形、塌陷和液化，对建筑产生的作用力，以及由此衍生的次生灾害等方面；矛盾另一方的承受地震作用的建筑，它大致包括建筑的选址、总体布局、建筑造型、平面布置、结构类型、建筑材料性能、建筑的动力特性和施工质量等因素。根据以上各方面，建筑抗震设计总体上要求可以概括为五个方面：注意场地的选择，把握建筑体型，重视非结构因素，利用结构延性，设置多道防线。五个方面内容是一个整体，密不可分，每一方面都影响着建筑创作的思路和方向。

三、建筑结构的抗震策略

具体来说，各类结构体系主要震害如下：

3.1砌体-木屋架结构

不少地区木材可以就地取材，砌体使用比较少，这种结构造价低廉，在村镇多采用这种结构作为简易厂房、仓库等。由于此结构的砌体墙和砌体柱强度不高，且大多年代较长，在地震中容易发生屋面破坏和局部倒塌。

对策：加强墙体、柱强度，并加强有效的拉结，采用轻质屋面是保证此类结构抗震能力的关键。

3.2砖混结构

地震区村镇的住宅、教学楼，城市一些旧居民楼、办公楼、小型厂房多采用砖混结构。这类结构在地震震区最多，震害比较严重，倒塌的结构具有以下特点：结构抗震体系单薄，未设置构造柱，也有未设置圈梁，预制板缺少拉结。

对策：合理设置构造柱和圈梁，保证结构的整体性和侧向承载力是抗震设计的关键。

3.3框架结构

汶川地震中，大多数框架结构的主体结构震害较轻，主要发生在围护结构和填充墙，尤其是圆形填充墙破坏较重。此外，由于楼板的增强作用，建筑内部空间的分隔需要，在框架梁甚至楼板上增加砌体或填充墙，它们增强和放大了上部结构的刚度，使得框架梁或屋盖的实际刚度增大，很少出现“强梁弱柱”型的破坏，往往无塑性铰出现。其次，过于异型的建筑体量或空间错层等也造成柱的破坏。

对策：在设防烈度较高地区尽量避免采用异型体量、错层，注意建筑内部隔墙对建筑整体刚度的影响，应整体考虑隔墙的布置，使得刚度分配均匀。

四、建筑体型设计的抗震策略

4.1建筑空间体量大小

体量的大小会影响到结构的选型、空间的跨度大小等方面。大跨度、大面积对建筑抗震有着不利的影响。当平面尺寸很大时，即使是一个对称的、简单的外形，房屋作为一个单元，在地震运动中也会存在薄弱环节。此外，由于建筑不是均匀块体，地面运动在不同的时间过程中，将对建筑的不同部位产生影响，因此，体量较大的建筑的整体性较体量较小的建筑差。

汶川大地震许多砖混结构的教室发生了垮塌，除了施工和管理者的原因外，大跨度的砖混结构教室也是垮塌的一个因素。对于一些存在转换层的建筑来说，往往下部几层是大跨度的空间，而上部为荷载较大的住宅、办公空间等，这类建筑刚度较差，对建筑抗震是不利的。

因此，可以采取一是减小建筑总尺寸、二是将大尺寸建筑划分为若干小尺寸结构单元（设置抗震缝、伸缩缝等）、三是在空间允许的条件下适当增加抗震墙来增强建筑结构的侧向刚度。

4.2建筑高度

在水平向地震作用下，建筑的高度类似于在重力作用下的悬臂梁跨度。随着建筑高度增加，它的自振周期会加长，而周期的变化，意味着地震作用大小的变化。建筑的自振周期不只是建筑高度的函数，还与高厚比、层高、结构体系类型和材料，以及建筑质量和质量分布情况有关系。因此，建筑高度的多少会同时影响上述一个或几个因素，而建筑的自振周期的变化又会引起地震作用的增大或减少。

砖石结构是脆性材料，变形能力小、抗震能力低，采取的抗震措施就会更多，此类型建筑如果层数越多，建筑高度越大，其所受的震害的危险性也会更大，所以对这种形式的建筑的高度限制会更高。而钢筋混凝土结构、钢结构的建筑由于材料性能更佳，抗震能力更高，所以对其的建筑的高度限制会放宽些。因此，可以采取：一是在设防烈度较高的地区可以适当降低建筑高度、二是选取合理的结构形式两种策略来提高建筑的抗震性能。

4.3比例

在建筑抗震设计中，把握建筑的比例比把握其绝对尺寸更有意义。例如长宽比、高宽比。建筑物的比例的一个重要因素，也是建筑抗震的一个重要指标。高宽比是指建筑物建筑高度与建筑短边宽度的比值（砖混结构单边走廊的长度不算入建筑短边宽度），在国内外的建筑抗震设计规范中，对于各结构类型的建筑的高宽比都有限值。长宽比是指建筑物水平方向总体长度与总体宽度的比值。

高层建筑中，高宽比与建筑高度相比显得尤其的重要。高层建筑如同一根独立的柱，地震时产生的的倾覆力矩很大，控制好高宽比，特别是在震害地区更应该严格按照规范规定的高宽比限值进行设计，否则产生的损失是无法估量的。位于软弱地基或非均布多层土地基上的建筑，为了克服地震前后积累的地基不均匀沉降所引起的结构体系破坏和墙体开裂，建筑的长宽比也应得到控制。