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【关键词】高层住宅建筑;平面;分类;设计;问题;方法
一、高层住宅建筑的涵义
高层建筑一般指的是建筑高度大于27米的住宅和建筑高度大于24m的非单层厂房、仓库以及其他民用建筑。在美国,24.6m或7层以上视为高层建筑;在日本,31m或8层及以上视为高层建筑;在英国,把等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。中国《高规》(JGJ3-2010)1.0.2条规定10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高层民用建筑混凝土结构为高层建筑。
二、高层住宅建筑平面分类
高层住宅建筑平面分类:(1)根据平面的形状,不同的住宅平面布局可以归结于以下的基本形式:板式住宅一同进深相比开间较长的住宅、点式住宅一同平面规模相比高度较高的住宅。(2)根据住户形式,不同的住宅平面布局可以归结于以下的基本形式:面层住宅,是指所有的住宅功能位于同一平面层上:双平面层或多平面层住宅,是指所有的住宅功能位于不同平面层上。(3)高层住宅的上部住户。日常出入完全要依赖电梯,根据电梯的位置、消防楼梯的位置和形式,以及水平交通走廊的有无和形式,住宅被分为单元式、独立式、走廊式和组合式。对于一般的家庭型住宅,不论采用的何种形式都可以满足要求:超高层住宅由于在结构上追求合理性和确保容积率的必要性,所以寻求简洁紧凑的平面。在交通方面,中央核心筒式、面对中庭的廊式比较多。
三、高层住宅建筑平面设计中存在的问题
平面设计是高层住宅建筑设计中最为基础的工作。由于我国不同的地方区域,其人文条件、天气条件及地理环境都有着不同的特征,所以针对不同区域的住宅建筑,平面设计工作的出发点也有着显著的不同。南方区域为了保证更好的通风和散热,设计时通常都是采取十字型、双十字型或是井字型;而北方区域为了保证向阳和保温的需求,设计通常采取蝶式平面或是蛙式平面。在此基础上,高层住宅建筑又多了一个“高”的特点,主要的交通工具就是垂直上下的电梯。另外,与多层建筑相比,高层住宅建筑在供水、供电、供气等方面的要求都要更高,加之其平面布局的规划工作更为复杂。因此,其设计也更容易出现问题。高层住宅建筑与多层住宅建筑相比,每个单元需要服务的户数要更多,所以在散热、采光以及通风等方面的效果就要差一些;同时,噪音污染以及视线干扰也是高层住宅建筑平面设计中存在的问题。
四、高层住宅建筑平面设计的分析
1、高层住宅建筑私人区域的平面设计工作。对高层住宅建筑的私人区域进行平面设计时,要充分的保证用户的生活质量,故需要对功能进行合理的分区。为了防止出现互相干扰的现象,应合理的划分睡眠、餐饮以及活动等区域。同时,在私人区域中还必须重视卫生间的干湿功能分区的设计工作,充分保证其使用性能。(1)卧室的设计。为了保证此区域的住户有一个良好的休息环境,设计时要防止内外部的环境对屋内造成干扰,故卧室位置应尽量选择在平面的深处。另外,如果卧室空间面积充足,还应该留出衣柜以及更衣室的空间。(2)厨房的设计。厨房就是用来存储、烹调食物的地方,一般有存储、洗涤和烹饪三个区域。厨房一般可以称作是家庭中心,在社会发展中也越来越重视厨房,对厨房的位置、面积等进行更加合理的设计,可以为效率的提高、时间的节约等提供很大的便利。厨房的主要设备一般就是灶台、洗涤槽和操作台,这三者通常会形成工作三角形,面积不超过两平米,而其他的设备根据需求来自行放置即可。而现在时展迅速,家庭电器的更新换代也变的快速起来,家庭的电气化程度也越来越高,设计时还需要考虑水管、电线、煤气管道等等的走线,还要给这些预留专用空间才可以。(3)卫生间的设计。对卫生间进行平面设计时,我们应知道其是由明厕和暗厕的分别的,顾名思义两者的区别就是前者是直接采光的。在我国的南方区域,本身的天气条件就是湿热的,如果再加上暗厕的效果就会给人带来不好影响,从而引起一定的问题。所以在实际的设计工作中,我们应尽量避免设计暗厕,而对于一些确实没有外窗的暗厕,最关键的问题就是串味和通风的问题,要想解决这个问题,设计时就要铺设变压式排气管道,并且在其入口处还应加装一个防火止回阀。(4)阳台的设计。阳台在人们的生活中有着十分重要的地位,因为它直接接触到室外,与客厅连接的阳台,可以延伸客厅空间,阳台可以根据户主不同的喜好来设计成一个多样化的空间,面积虽然小但可以进行绿化、休息、观景等行为,如果有条件的话,可以设计多个阳台、或阳台面积较大,露天的也可以,设计成私人的空中小花园,让生活变得更加多姿多彩。(5)餐厅的设计。餐厅是一户住宅的核心地方,在餐厅的时间是人们就餐、放松储能的时间,因而对餐厅的设计需要格外关注,餐厅家具的摆放和布置需要符合人们的活动空间需求,也是平面设计的依靠,餐厅在住宅中的位置,除了一些具备餐厅功能的空间外,那些独立的餐厅大多数应该在客厅和厨房之间,这样可以避免互相干扰的现象,而且在餐厅和客厅共处一地时,可以用一些类似矮柜的隔断来隔开形成两个空间,存在各自的独立性就行,也并非一定分开,只要餐厅紧邻厨房即可。
2、公共区域的设计。高层住宅建筑平面设计中的一楼大堂入口处应该进行人性化的设计,即设计时要充分的考虑到居住用户的行为需求,比如:为了保证残疾人和婴儿车的顺利通行,以及为了方便用户搬运物品,可以在入口处设置坡道。对大堂的内部进行设计时,应注意三个方面的工作内容:一是采暖的设计,此点北方尤为必要;二是电梯厅的通风设计和采光设计;三是信报箱的设计工作。
3、电梯。高层住宅建筑中公共区域最主要的就是电梯,因为它是贯通楼层上下的一个主要交通工具,关系着人们的日常的生活,因而对电梯的设计也就要格外的关注和研究,每栋楼最好是安装两部电梯,且布置紧凑一点更为方便,在消防的角度看来如果分离较远不是很好,而且就会很容易忽略另一台电梯,紧凑设计令住户在等电梯时更方便操作。在设计时需要注意,电梯的大门不要直对住宅的门户,要注意保护住户的隐私。同时,还要保证消防电梯和客梯的组合模式,进而提高电梯的使用效率。
五.结束语
综上所述,高层住宅建筑平面设计要求布局合理、功能齐全,交通面积要最少,使用面积要最大,使有限的面积,发挥其最大的效益。此外,平面设计是决定住宅建筑的体量和体形以及体现其建筑特性的关键,所以对平面设计的分析具有重要的意义。
参考文献:
[1]陈建华.浅析高层住宅建筑的平面设计[J].中国房地产业(理论版),2012(08)
【关键词】高层住宅建筑;平面设计;私人区域;公共区域
1.高层住宅建筑平面设计原则
高层住宅建筑平面设计时,应该遵循以下原则:一、布局合理、功能齐全;二、房间齐备、尺度适宜;三、交通面积少、使用面积大,即充分利用有限的面积,实现效益的最大化。四、平面规整,利于结构设计,降低造价。[1]
住宅建筑的体量、体形以及相关特性是由平面设计决定的,由此可见,平面设计的重要性。
2.高层住宅建筑平面设计现状及问题
在住宅设计中,平面设计是基本。我国南方、北方由于地理位置、气候条件、人文背景的不同,各自的住宅平面设计的出发点存在一定的差异。北方地区常采用蛙式、蝶式平面,以满足保温、向阳的需求;南方地区多采用井字形、十字型、双十字型平面,以满足散热、通风的需求。
同多层住宅建筑相比,高层住宅建筑多了一个特点,那就是“高”,正是由于这个特点,电梯成了垂直上下的主要交通工具。另外高层住宅建筑在水、气、电的供应方面,在防火、防震、人员疏散的安全方面,均比多层住宅建筑的要求高。尤其需要指出的是,高层住宅建筑平面设计中平面布局的规划相比多层建筑更加复杂,处理起来更加费时、费力、易出错,所以需要重点关注。高层住宅建筑每个单元服务的户数远高于多层住宅建筑每个单元服务的户数,因此前者在通风、散热、采光等方面的效果比后者差上许多。另外,视线干扰、噪音污染也是高层住宅建筑的突出问题。[2]
3.私人区域的平面设计
3.1 合理分区
在私人区域,要进行合理的功能分区。对就餐、活动、睡眠的各自区域进行合理划分,避免相互干扰,影响生活品质。值得一提的是卫生间应该做到干湿分区,并防止两区的相互影响,影响其使用功能。
3.2 各分区的设计
3.2.1 厨房的设计
为方便食材和日常用品的运输,减少不必要的人力浪费,在平面设计时,应将厨房位置放在入户门附近。油烟处理问题是厨房设计时应该重点关注的问题,选用功能良好的排烟设备,合理的铺设排烟管道,是解决这个问题的关键。另外,还需要考虑厨房电器以及厨具的摆放问题,要以安全可靠、取用方便为原则。
3.2.2 卧室的设计
为了尽可能地避免内、外部的各种影响(视觉、噪声污染等),营造一个良好的休息环境,在位置上,卧室应该设在平面的深处。在空间允许的条件下,应该预留衣柜的空间甚至更衣间的空间。[3]
3.2.3 阳台的设计
阳台是现代建筑重要的组成部分,阳台的功能有:通风换气、晒物、纳凉等。阳台的类型有:封闭阳台、不封闭阳台。阳台的存在,还能方便用户与大自然之间的交流,这一点对于缓解心理压力、放松心情,有一定的积极作用。
在进行阳台设计时,要考虑以下三个因素:一、用户的喜好;二、与周围环境的契合度;三、阳台功能的实现。
3.2.4 卫生间的设计
卫生间有明厕和暗厕之分,两者的区别是前者直接采光,后者则不是。在南方,湿热的气候条件再加上暗厕本身给人的不良感觉,容易引发很多问题,所以在实际的卫生间设计过程中,应该尽量避免暗厕。假若某户内部卫生间数量较多,将每一个卫生间都明窗设计是有很大难度的,但仍然需要尽最大努力,避免暗厕所,可采用的方法有:一、于外墙处,多做点凹天井;二、集中或优化过多的厕所;三、其他地方做出些牺牲来弥补;四、将最不重要的房间设计成暗厕(一定要注重照明和抽风的设计)。对于无外窗的暗厕,要重点解决通风、串味的问题,可以铺设变压式排气管道来解决,且在高层排气管道口安装防火止回阀。[4]
3.3 一些细节上的处理
对私人区域进行平面设计时,还应考虑装修问题、家具放置问题以及管道问题。平面设计和装修设计的有机融合,更容易实现户型整体设计上的完美统一。家具的合理放置可以有效地调整房间尺寸,实用之余还能增添亲和力。厨房与卫生间的上下水管道在设计的时候应该充分考虑两个问题:一、集中布置;二、噪音控制(在室内的PVC管应有消音措施)。
4.公共区域的平面设计
4.1 底层大堂的设计
入口处要人性化设计,即充分考虑各种人群的实际需要,比如设置坡道,方便住户搬运物品,同时满足婴儿车、残疾人通行的需要。大堂内部设计时,需要做好如下三个方面的设计:一、采暖的设计(如北方冬季气温较低,该设计就很有必要);二、信报箱的设计。三、电梯厅的通风采光设计。
4.2 垃圾收集空间的设计
高层住宅建筑每一层都应该在公共空间划出一定的区域作为垃圾收集空间,该区域并不需要太大,能放下一个中型垃圾桶即可。垃圾桶最好放置在货梯附近,这样清理时可以节省一定的人力物力。
4.3 电梯的设计
电梯是高层住宅建筑重要的组成部分,和用户的日常生活密切相关,所以本文对电梯的设计给予重点研究。
“民用建筑设计通则”指出,将电梯作为主要垂直交通工具的高层公共建筑,每栋楼不得设置少于两台的电梯。电梯规划设计时,最好并排紧凑布置,方便观望、联控。用户很容易同时观察多台电梯,并根据需要选择呼梯键。
在电梯的设计中,经常会把一梯两户中的两台电梯设置在疏散楼梯的两侧,三者成一字型排列;又或者两台电梯面对面,且与楼梯成品字型排列。这样做的好处是,两户对称,无论在设计方面,还是在售楼方面都很便利。
电梯属于共享的交通工具,不可以独自霸占使用,另外住户的大门通常情况忌讳直接正对人多的场所,这一点在电梯设计时应该注意。站在消防的角度,两台电梯全都直接开向前室是不对的,电梯数量本来就不多,而且远离设置,这样会严重影响使用效率(人们在候梯时,关注一台电梯时,很容易忽略侧边远离或者背后的那一台)。[5]
电梯数量有限时,应该设置在一起,电梯数量充足时,也应按组设置,最忌讳单打一的情况(消防电梯、货梯除外)。
为了将电梯的使用效率最大化,高层住宅建筑电梯设计中,尽量实现消防电梯和客梯的组合。对于三十多层一梯两户的类型,在主要入口的区域设置两台电梯,每台电梯一般情况下只为三十户左右提供服务,这已经是很高水平的电梯服务水准。若在剪刀梯的另外一侧再设计一台供佣人使用的电梯,好像有些多余,如果同时当作消防电梯使用,则需要对电梯的载重进行重新设计。倘若剪刀梯在±0.00 层设置成单跑梯下地下室,则需要在梯间一侧做一个平步段直达剪刀梯背后的消防电梯,如果剪刀梯到±0.00 后还一直继续下行,消防员在处理火灾时,不得不绕梯外一圈,之后才能到达消防电梯处,这对于救火抢险是十分不利的。在让消防人员走“后门”即在建筑物的后面设置消防车道,由会给管理带来很多的麻烦。综上所述,消防电梯最好还是设在前面,至于后面客梯的载重量可以设计的小一点,专供搬东西用。
5.结语
高层住宅建筑平面设计涉及的问题比较多,有些问题至今悬而未决。
本文将高层住宅建筑平面设计分为两大部分(私人区域的平面设计、公共区域的平面设计)进行研究,提出了一些合理化的建议,旨在促进高层住宅建筑平面设计水平的不断提高。
参考文献:
[1]王炜,徐建品. 浅析高层住宅空间的人性化设计[J]. 作家, 2010,(08) .
[2]谭玉阶. 高层住宅建筑平面设计之我见[J]. 深圳土木与建筑, 2009, (04) .
[3]孙雪梅. 基于以人为本的住宅平面设计分析[J]. 现代物业(上旬刊), 2011,(06) .
关键词:平面不规则;结构;构件设计; 设计措施
中图分类号: S611 文献标识码: A 文章编号:
1 工程概况
某建筑工程,建筑面积11457.2m2,地下1层,地上21层,建筑总高度66.24m,地下层1~地上层3为商业广场,层高3.6m,层4~21为住宅,层高3.0m。地下层1至地上层2近似为矩形平面,外轮廓尺寸约为25.8m×24.1m,层4以上楼层平面局部收进成“凸”形平面。
工程采用框架-剪力墙结构,存在平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进等抗震不利因素,为不规则高层建筑,须进行抗震设防专项审查。合理布置剪力墙以减弱结构的不规则程度,缓解竖向刚度突变部位和平面薄弱环节在地震作用下应力和变形的集中程度,对薄弱部分进行中震不屈服分析并采取适当的抗震构造措施,提高结构在强烈地震作用下的抗震性能。
2 结构和构件设计
2.1 结构形式
工程设计利用楼、电梯间设置核心筒,在框架柱内嵌入剪力墙形成框架-剪力墙结构,该结构形式在较好地满足下部商场和上部住宅建筑功能的同时,保证了结构竖向抗侧力构件的连续,具有良好的抗侧刚度和抗扭性能。
2.2 结构平、立面布置
核心筒剪力墙布置时,纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙,并保证筒体角部墙肢的完整性,提高核心筒的抗震性能。通过优化调整建筑物周边剪力墙墙肢长度和厚度,实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合,减小结构的扭转效应。
2.3 地下室设计
地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,板厚为180mm,楼面钢筋双层双向配置,配筋率为0.25%。地下层1柱的配筋按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(简称抗规)第6.1.14的规定加强。
2.4 上部结构主要构件设计
(1)剪力墙的设计
核心筒周边和结构剪力墙厚度从下往上分别为350,300,250,200mm,对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为700,600,500mm,混凝土强度等级分别为C40,C35,C30。
(2)框架梁、暗梁和次梁的设计
嵌入框架柱之间的剪力墙在楼面位置设暗梁,暗梁宽度为墙宽,高度取墙宽的两倍且不小于600mm,该暗梁参与结构整体计算并按框架梁计算配筋。核心筒区域剪力墙设边框暗梁,宽度为墙宽,高度为墙宽的两倍,该暗梁按抗震构造配筋。
(3)楼板设计
竖向体型突变部位及上下1层的楼板厚度分别为150,130mm,双层双向配筋,配筋率取计算值且不小于0.25%。
3 结构计算参数
该工程设计使用年限50年,抗震设防烈度为7度、第一组,设计基本地震加速度值0.10g,抗震设防类别为丙类,建筑场地类别为Ⅱ类,特征周期为0.35s,多遇地震影响系数最大值0.08,罕遇地震影响系数最大值0.50,抗震等级为二级。50年重现期基本风压0.50kN/m2,地面粗糙度B类。楼面恒荷载按实际计算:活荷载卧室、起居室楼面2.0kN/m2,楼梯间及前室3.5kN/m2,电梯机房7.0kN/m2,卫生间2.0kN/m2,厨房2.0kN/m2,阳台2.5kN/m2,上人屋面2.0kN/m2,不上人屋面0.5kN/m2。
4 结构的不规则情况和设计措施
4.1 楼板不连续
为提高楼板削弱区域抗震性能,竖向体型突变部位的楼板在该区域的厚度取180mm,其他楼层的板厚在该区域分别增加30mm,该薄弱区域楼板钢筋采用双层双向通长设置,配筋率不小于0.30%。楼板边缘设扁梁,扁梁上部纵筋直锚入楼板内,锚固长度按照抗震要求确定。
4.2 凸凹不规则
本工程层4~21平面凸出长度为11.3m,大于平面突出方向结构总长度(22m)的51.4%,按照高规判别为凸凹不规则。结构设计时对平面尺寸突变位置的楼板厚度和配筋进行加强。
4.3 竖向体型收进
(1)竖向体型收进的判别
因建筑使用功能变化,本工程层4以上结构平面部分收进,体型收进位置的高度为11.1m,为建筑总高度的17%,接近高规第3.5.5条20%的限值。收进后的平面宽度为12.7m,为下部楼层对应宽度的49.6%。按照高规第3.5.5条收进后的平面尺寸不宜小于下部楼层平面尺寸75%的规定,本工程为结构竖向不规则。
(2)竖向体型收进建筑的抗震加强措施
结构薄弱层在多遇地震作用下的剪力设计值乘以1.25的增大系数。该楼层剪力墙的墙肢名义剪应力的控制和剪力墙水平抗剪钢筋的配置采用中震不屈服分析的计算剪力。在结构设计时上部收进楼层和相邻下部楼层对应位置剪力墙和框架柱的截面尺寸不变,混凝土强度等级不变,以减小两个楼层的抗侧移刚度和承载力的差异。在结构设计时竖向体型收进楼层及地上层4设置约束边缘构件,提高墙肢的抗震性能。对竖向体型突变部位及其上、下一层楼板的厚度和配筋采取加强措施。
4.4 扭转不规则
(1)扭转不规则的判别
在双向地震作用和考虑偶然偏心的地震作用下,本工程最大弹性层间位移和楼层的平均层间位移之比的最大值为1.32(X向),1.16(Y向),最大位移与层平均位移的比值为1.31(X向),1.14(Y向)。按照抗规第3.4.5条判定为扭转不规则。
(2)扭转不规则的控制
为了减小结构的扭转效应,剪力墙的布置力求均匀对称,努力实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合。并加强结构周边剪力墙的抗侧刚度,适当削弱核心筒的刚度,提高结构的抗扭性能。
本工程结构整体计算模型经过反复优化,结构质量中心和刚度中心的距离为0.01~0.07m(X向)、0.05~0.37m(Y向),分别为对应方向建筑物边长的0.27%,1.50%。
本工程Tt/T1=0.7739,远小于规范0.9的限值要求,较好地控制了结构的扭转效应。
工程设计中严格控制楼层竖向构件最大的水平位移与该楼层水平位移平均值的比值,避免出现该比值大于1.4的情况。
4.5 转角窗
本工程层4~21在轴?和轴?的两个端头各有一个转角窗。转角窗的设置削弱了结构的抗扭性能,成为抗震薄弱环节,在强烈地震作用下易导致地震应力和变形的集中,造成结构的局部破坏。为提高结构的抗震性能,在转角窗的洞口两侧设置剪力墙并设端柱,端柱全高箍筋加密;转角处楼板局部加厚,并加强楼板钢筋的配置;洞口边缘的端柱之间设置暗梁贯穿楼板,并提高转角梁的抗扭承载力和抗弯承载力。
5 地震作用补充计算
5.1 中震不屈服分析
(1)计算参数的设置
为了合理布置剪力墙,保证结构体系具有良好的塑性耗能能力,避免主要受力构件出现脆性破坏,设计对剪力墙主要墙肢和连梁进行中震不屈服分析,地震影响系数最大值取0.45。
(2)中震不屈服分析结果
经过反复优化,本工程在中震作用下剪力墙和连梁名义剪应力没有出现超限情况,剪力墙施工缝抗滑移验算超限情况也比较少。但框架梁混凝土受压区相对高度超限和纵向钢筋配筋率超限的情况较多,剪力墙边缘构件纵向钢筋配筋率超限的情况也比较普遍。
5.2 弹性动力时程分析
为保证结构安全,设计采用弹性动力时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算分析。弹性动力时程分析采用SATWE程序内置的特征周期Tg=0.35s对应的3组人工波和4组实测地震波进行结构分析,地震加速度时程曲线的最大值为70cm/s2,地震波按照双向输入,加速度最大值按主次方向1∶0.85的比例取值。
6 结语
对于现代城市日益涌现的造型新颖别具一格的平面不规则建筑,结构设计人员应细心分析各种情况,找出结构的重点和薄弱点,因势利导克服不利因素,使整个结构在平面和竖向合理地布置结构刚度避免和减少结构可能出现的薄弱部位。实践证明,本工程的设计措施是有效的,不仅提高了关键构件的塑性耗能能力,还较大地改善了整个结构的抗震性能,有效地保障了结构的安全。
参考文献
许多建筑物抗震能力弱的原因是建筑的造型和抗震性能相互不协调,这对建筑的性能和安全性存在着直接影响。建筑造型抗震设计包括建筑体型抗震设计和建筑立面抗震设计。
1.建筑体型抗震设计
建筑体型设计作为设计的重要环节之一,直接关系着建筑的布局和体量,对建筑物抗震能力有着很大的影响。现实中为追求建筑物外观的新异感,经常建造出经济性低而危险性高的建筑体型。建筑过程中建筑设计师注重建筑体型与建筑物抗震能力之间的关系,建筑的尺度和体量对建筑物的布局都存在着很大影响,它们(体量、尺度、布局、抗震性)是密切相关的。建筑物的抗震能力想要提高,在进行建筑体型抗震设计时,应科学、合理地设计建筑空间的体量大小、建筑高度、比例、对称性、转角、周边抗力、竖向收进与扩张的造型、建筑整体的均衡性等。
2.建筑立面抗震设计
建筑立面组成成分是大量的部件,比如有门窗、墙柱、阳台、檐口等等,它的设计就是合理确定部件的材料、比例关系和尺寸大小等。站在抗震的角度看,建筑立面具体设计要加强立面的比例、尺度、虚实、凹凸和对称性的规划,设计过程中应注意以下三个方面。(1)不能单独考虑一面的设计,要将正立面、侧立面和背立面保持协调、均衡和统一。(2)加强立面空间效果与立面各部件的均衡性和规划性。(3)在建筑结构和功能要求的基础上深化建筑空间的造型。
二、建筑平面抗震设计策略
良好的建筑平面设计是通过整体综合的考虑,能够有效地解决建筑美观、经济、安全和使用功能等方面问题。在抗震设计方面有诸多的影响因素,如建筑物的特征、结构布置、造型和建筑施工技术等。通常,建筑平面设计包括了单一房间平面设计和平面组合设计,单一房间平面设计就是针对房间的性状、面积和门窗位置的确定。平面组合设计是对各个房间、交通联系部分进行统筹规划。建筑平面组合形式多种多样,我们常见的有走道式、单元式、集中式和自由分隔式等,在具体的抗震设计中,设计者要根据时间情况选择合适的组合方式。
(1)走道式
走道式平面组合方式的各个使用空间要借助走道进行联系,它们之间没有直接的连通。具有各个分区功能明确、自由的特点,所以这种平面组合方式适用于办公楼、学校、医院等等建筑。走道式有利于抗震主要是在建筑布局规整、简单和空间分布均匀,另外楼层平面的刚度分布和质量分布也比较均匀。
(2)单元式
单元式平面组合方式是利用垂直交通将各个使用空间联系起来,每个使用空间有点互相干扰、平面集中和紧凑特点,这种单元方式组合多适用于酒店、商住楼、高层办公楼、住宅等建筑。例如竖向交通位于平面内时,建筑结构的刚度、抗倾覆力和抗扭转力要能得提高;位于平面外时,我们少在转角处开门开窗,避免发生“转角效应”。
(3)集中式
集中式平面组合方式是将大厅设计成建筑的枢纽,放在中心位置,有利于将各个房间连接起来,这种集中式组合方式适用于商场、图书馆、火车站和展览馆等建筑。其结构基本采用大跨度结构,因此在选材方面就用空间网架结构和钢结构,加强抗震性。(4)自由分隔式自由分隔式平面组合方式就是将一个偌大的空间分割成多个独立的小空间,主要适用于展厅等建筑。采用自由分隔式时我们应注意:1)对结构布置的规划性和均匀性的把握;2)做到分隔墙在建筑的结构梁上。
三、屋顶建筑的抗震设计问题
屋顶建筑设计的抗震所考虑的问题在于屋顶重心与下部建筑的重心是否在一条线,屋顶抗侧力墙与下层抗侧力墙上下是否连续,因此在设计中应尽量降低其高度,选用高强轻质和刚度分布比较均匀的建筑材料,尽可能保证上下重心的一致。在高层和超高层建筑设计中,屋顶的设计是重要的部分,从近几年的高层建筑抗震审计调查结果看,屋顶存在过高和过重的问题,这不仅加强了建筑的变形也降低了建筑抗震的能力。
关键词:建筑设计;建筑抗震设计;重要作用
引 言:建筑行业是我国重要的经济增长行业之一,关系到居民的切身利益。我国是多地震国家,但我国目前对地震的预防能力较弱,地震给我国带来了及其巨大的灾害,因此,要加强建筑设计中的抗震设计,这是进一步保障我国居民生命财产安全的重要措施之一。
1 我国建筑抗震设计的现状
在建筑抗震设计领域,虽然我国在近年来有了长足的发展,但是,相比西方发达国家而言,发展缓慢,尤其是在抗震设计上,没有能够正确的处理好建筑设计和抗震设计的关系,虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.1 设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
1.2建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
1.3建筑抗震设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行的。
2 我国建筑结构抗震设计标准
2.1 将概念设计理论和基于性能的设计理论相结合。结合建筑结构设计施工地的具体实际情况,做出科学严谨勘探,掌握第一手资料,综合分析考虑,做出最优势的战略设计组合。
2.2我国的建筑结构抗震设计要遵循中华人民共和国GB 500112010建筑抗震设计规范。辩证灵活运用其中抗震设计原则,严格执行设计施工标准,借鉴其中经验,结合房建本地实际,科学设计。
2.3要坚持实施多级防震措施。传统房建结构多采取的是三级设防措施,即小震不坏、中震可修、大震不倒。但在新的时期,房建结构必须是采取的多级设防模式,保护建筑主体抗震能力,减轻经济损失,使得建筑抗震中更加安全。
3 建筑设计在建筑抗震设计中的重要作用
3.1解决了建筑竖向布置设计的问题。
建筑竖向布置设计问题,主要是在建筑设计中,反映沿着高度或楼层结构质量、刚度分布问题。无论是何种类型的建筑,无论是多层还是单层,都存在此类问题。尤其是在高层建筑和超高层建筑中,表现的更为突出。由于建筑使用功能的不同,如果建筑底层是购物中心或商场时,要求大空间和大柱距,而上部的楼层为写字楼或多样化的公寓时,前者要求设置柱,墙少,而后者则是以墙为主。由于建筑使用功能的不同,导致建筑物沿着楼层或高度分布的刚度和质量都不协调、不均匀。其中较为突出的问题是沿着上下相邻的楼层由于质量和刚度相差较大,造成突变。这是建筑设计时必须要重视的问题。
在建筑设计中,要尽量确保沿着竖向结构的刚度均匀分布,特别是在结构不设置刚度较大的刚度转换层时,更要注意。概念设计中,尽可能使剪力墙布置较为均匀,并沿竖向贯通到建筑的底部,同时避免某一楼层的刚度过小,避免地震时的扭转效应。
3.2解决了屋顶建筑的抗震设计难题。
设计高层和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且地震作用也加大了,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力强出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
3.3合理进行建筑平面设计、布置设计,提高建筑抗震能力
建筑平面布置是建筑设计中的重要组成部分,其布置情况直接反映建筑使用功能和相关要求。平面设计布置时,要将内墙的布置、柱子的距离、通道和楼梯的位置、空间活动面积大小、房间数量和布置、电梯井的布置等在建筑平面布置图上进行明确。建筑的使用功能不同,在楼层布置上存在一定的差异。公寓、写字楼、餐饮娱乐、商场等,在进行建筑布置时,空间和房间划分上的差异较大。建筑平面布置多样化的同时,要考虑结构的抗震要求,其中较为突出的问题是:建筑平面上的内隔墙、填充墙、具有相应刚度和强度的非承重内隔墙等墙体的布置不对称;柱子和墙体的分布不协调不对称;建筑结构刚度和质量在平面上分布不均匀等因素导致建筑物在地震发生时,产生扭转地震作用,导致建筑损坏。
建筑平面布置设计对建筑抗震影响很大,进行建筑平面布置设计是,要尽可能确保建筑结构的刚度和质量都均匀分布,结构要对称协调,尽量避免突变,防止在地震时发生扭转效应。墙体布置要均匀;剪力墙或抗震墙布置要和结构抗震要求相结合;刚度较大的电梯井要尽量居中布置,避免偏心。建筑平面布置设计要为结构抗侧力构件的合理分布创造条件,要将建筑施工功能和结构抗震要求融为一体,以此来充分发挥建筑设计在建筑抗震设计中的基础作用。
3.4提高高层建筑结构细节设计能力,实现结构抗震
高层建筑在进行结构设计、结构抗震细节设计中最关键的是薄弱环节的处理措施和对多道抗震设防措施的保证。结构抗震体系包含多个具有良好延性的分体组合,具有良好延性的结构构件通过设计连接,实现协同联合工作。建筑面临地震灾害时,通常情况下在主震过后,多次余震往往会造成比主震破坏程度更大的结构损坏。建筑抗震结构体系只有最大程度的增加外部和内部的冗余度数量,有意识的增加分布屈服区,来实现抵御以耗能为主的抗震性能要求。进行高度建筑结构设计时,不可片面过分强调构件强度,必须要综合处理好结构构件的强弱关系,要保证构件具有较长的有效屈服时间,能有效实现结构延性,增加抗倒塌能力。
3.5优化建筑体型设计,确保符合抗震要求
建筑体型设计主要包括建筑的平面形状和立体空间形状。大量的震害表明,在平面形状复杂,如平面上外凸和凹进及侧翼过多伸悬、不对称侧翼布置等,都及其容易在地震中遭受破坏。平面形状相对简单、规则的单层或多层建筑,在地震中出现严重破坏的机率相对较低,有的甚至完好无损。建筑沿着高度方向上立体空间内形状复杂或形状不规则,如相邻单元的高差差距较大,高出屋面的建筑部分高度过高、建筑装饰悬伸过大等,由于沿着高度形状上的变化,造成在地震时、建筑结构刚度发生突变的部位更容易发生破坏。
在建筑体型设计中,要尽量选择平面和空间形状较为简洁和规则的体型。在建筑平面形状上,要尽量选择圆形、方形、扇形及矩形,要尽可能少做内凹和外凸的体形,极可能不做非对称的侧翼和长度过长的伸翼。建筑体型布置时,要尽可能使建筑结构的刚度和质量均匀分布,避免因为体形不对称、刚度和质量不均匀导致建筑面临地震时,出现抗震不利的扭转反应。特别是在高层建筑设计中,通常为了立面美观和艺术创意需要,难以避免设计较为复杂的体型,但是在设计时,一定要将建筑使用功能、结构抗震安全和建筑艺术结合起来,在确保建筑结构安全基础之上进行艺术创作。
4 结束语
综上所述,建筑行业关系到我国的经济发展和社会稳定,关系到国民的生命财产安全,加强建筑抗震设计,提高抗震能力,是促进社会和谐稳定的客观要求。因此,在进行建筑的抗震设计时候,必须要将建筑的建筑设计和结构设计综合协调起来,实现二者的配合,共同为建筑整体的抗震设计发挥出更强大的作用。
参考文献:
[1] 贾昭.概念设计在建筑抗震设计中的体现及应用[J].中国新技术新产品,2009,(20).