汶川地震的启示—建筑应以人为本（二）

2   建筑造型对建筑物抗震性能的影响

 建筑造型与结构合理性之间的矛盾一直是建筑设计的突出问题，以往多集中于高层建筑及特种建筑中。汶川地震的震害表明，任意进行建筑平面布局和随意设计立面造型，也会对低层建筑造成严重的灾害，其破坏的设计原因有以下两个方面：

 2.1 建筑师追求外观、立面造型，限定结构截面尺寸，客观上限制了结构构件的承载能力；

 2.2 结构师对于建筑造型可能出现的破坏点没有预见性的认识，从而忽视对结构薄弱点进行加强设计；

 图5是这类建筑的典型震害案例，地震中顶部甩动位移过大，人员从塔上掉落。通过图片可以看出上部突出部位的下部楼层属于建筑物平面端部，已属于结构设计中水平位移较大部位，为满足建筑造型进行二层以上立面收紧，属于刚度突变楼层，这部分框架柱间设置建筑墙体，虽然增加了该部位侧向刚度，但上部突出部位为空旷框架，结构刚度急剧减弱，在客观上形成“鞭梢效应”。

图5　都江堰某框架楼震害

 从图片可以看出，建筑师为达到建筑效果和使用要求，设计上就会要求竖向结构构件不能很好地上下连续布置，从而削弱结构构件在该变换层的承载能力；结构师为满足建筑尺寸要求，计算上未对地震作用进行有效放大分析，没有对重要构件进行加强处理，在地震中上部塔楼底层框架柱全部剪断，整体倾斜严重。从灾后重建角度分析，该建筑物为框架结构，地震中主要发生柱间砌块填充墙剪切破坏，框架部分保持较好，属于“可修”状态，但由于上部塔楼的破坏，给修复工作带来很多难题。

 图6、图7是常见的弧形造型，也是汶川地震中典型的震害表现。相比矩形平面，弧形设计更富变化，在震区低层建筑中经常被采用。从抗震构造上分析，采用构造柱、圈梁抗震约束措施可以有效提高砌体变形能力，减少砌块因变形过大造成脱落退出结构体系的可能，当墙体为直线型式时，约束效果最好。采用弧形墙体时也应遵循这个要求，即在墙体弧度变化不大的位置就要设置构造柱，使构造柱间墙体接近直线型式。从图6破坏情况分析，墙体裂缝是连续出现，说明沿弧形未设置构造柱等约束措施，地震使墙体在反复拉压过程中崩出脱落。如果该墙体在转角处、窗洞边，以及墙段中部设置构造柱，就会有效减少震害出现的可能性。但这样设置构造措施，就会带来结构造价增加较多的问题，这也许是该类震害较多的原因之一。图7所示的建筑物为五层教学楼，右侧大开间教室仅出现少量可修复的窗下墙剪切裂缝，左侧小开间办公室的弧形承重墙在一、二层破坏、错位严重，维修加固的可能性很小，这与常规小开间结构安全性更高的结论相去甚远，究其原因是弧形墙抗震能力不足造成的。

图6　框架结构中弧形建筑墙体震害

图7 弧形砌体承重结构震害

 建筑师采用特殊造型是常见的设计情况，通过上面两个例子可以看出，特殊造型需要有特殊的结构设计手段，才能保证建筑物在地震中的安全性，这既取决建筑师对结构方案的有效理解和运用，也取决于结构师对危险点的敏感发现与分析，两者有机结合才能减少震害带来的损失。