鋼結(jié)構(gòu)抗震分析與優(yōu)化設(shè)計解析

岑姿霖

摘 要：隨著城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，人們生活質(zhì)量的不斷提高，對建筑的安全性提出了更高的要求，國家為保障鋼材安全性能，不僅制定出臺相應(yīng)的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，并對提高鋼材安全性能，進(jìn)行了大量卓有成效的研究和科研攻關(guān)，使得鋼材性能得到進(jìn)一步的提升，為建筑工程用材作出巨大貢獻(xiàn)。間接的增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性以及抗震性，為人們的生命財產(chǎn)安全提供重要的保障。相對于其他建筑結(jié)構(gòu)來說，鋼結(jié)構(gòu)雖然具有更強(qiáng)的抗震能力，但對抗震設(shè)計的要求也相對更高，且容易受到多方面因素的影響。為此，本文簡單闡述了抗震概念設(shè)計，并對鋼結(jié)構(gòu)抗震以及抗震優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計;優(yōu)化設(shè)計

引言

由于鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、裝配化程度高、塑形強(qiáng)、綠色節(jié)能、自重輕以及韌性強(qiáng)等多個優(yōu)勢特征，在建筑行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，亦受到諸多建筑師的青睞。同時，在黨和政府的高度重視下，通過制定出臺一系列技術(shù)操作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等支持和扶持政策，促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)工程的科學(xué)快速發(fā)展。

由于我國處于多條地震帶上，導(dǎo)致地震災(zāi)害頻發(fā)，對人民的生命和財產(chǎn)安全帶來了極大的威脅，所以對鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進(jìn)行深入分析，不僅有助于行業(yè)健康發(fā)展，更對保障人民群眾安居樂業(yè)有著重要意義。

1 抗震概念設(shè)計

抗震概念設(shè)計主要是指：根據(jù)以往的工程經(jīng)驗和地震災(zāi)害情況所形成的設(shè)計思想、設(shè)計原則，并依據(jù)這些原則和理念對建筑結(jié)構(gòu)的豎向以及平面進(jìn)行布置，并對這一過程進(jìn)行精細(xì)化改進(jìn)和完善的設(shè)計過程。

在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中對所有建筑提出了具體的要求和規(guī)定：一是在設(shè)計中，應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)具有科學(xué)合理的地震作用傳遞途徑以及清晰明確的計算簡圖，以保障結(jié)構(gòu)抗震性能的充分發(fā)揮。二是應(yīng)該充分考慮整體結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性，以免因部分構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的破壞狀況，致使整個結(jié)構(gòu)的負(fù)荷承載能力或者抗震能力受到不良影響。三是應(yīng)該針對可能存在或出現(xiàn)的薄弱位置進(jìn)行及時的強(qiáng)化和加固，以確保結(jié)構(gòu)的抗震性能。四是結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備良好的地震能量消耗能力以及變形能力，以提升結(jié)構(gòu)的抗震效果。

因此，在進(jìn)行實際的設(shè)計工作中，設(shè)計師應(yīng)該嚴(yán)格按照這些原則和規(guī)定進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，并確保結(jié)構(gòu)計算中重要控制性指標(biāo)的準(zhǔn)確性，將其偏差控制在合理的范圍內(nèi)，從而保證計算結(jié)果的可靠性，

2 鋼結(jié)構(gòu)震害分析

就鋼結(jié)構(gòu)破壞來說，主要分為整體破壞和局部破壞兩種，而鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式主要包含了以下三個方面。

第一，豎向支撐的局部或整體失穩(wěn)。在地震力會增強(qiáng)支撐構(gòu)件的軸向力，當(dāng)超過臨界點(diǎn)時則會引發(fā)失穩(wěn)的現(xiàn)象。在梁柱翼緣多發(fā)生局部失穩(wěn)，主要是因為截面尺寸構(gòu)造沒有符合規(guī)范的要求，從而產(chǎn)生破壞現(xiàn)象。

第二，柱腳破壞。該破壞形式主要是因為地腳埋深沒有符合計算的要求，存在混凝土短柱配筋不足、柱腳抗剪鍵設(shè)計有誤差等問題，致使柱腳出現(xiàn)混凝土破碎或柱腳拔的狀況，導(dǎo)致柱腳破壞。

第三，結(jié)構(gòu)坍塌。該破壞形式主要是因為其豎向剛度分布缺乏一定的均勻性和規(guī)則性，致使樓層的承載力產(chǎn)生突變，引起結(jié)構(gòu)的坍塌。

第四，梁柱節(jié)點(diǎn)破壞。節(jié)點(diǎn)破壞是發(fā)生次數(shù)最多的破壞形式，原因主要以施工中焊接不規(guī)范、螺栓連接不緊密、構(gòu)造設(shè)計不合理等問題為主，造成梁柱節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)受力不均或應(yīng)力集中的狀況，在地震力的作用下導(dǎo)致其出現(xiàn)、焊接脫落、脆性斷裂等現(xiàn)象。

3 鋼結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計

3.1 合理選址

以往發(fā)生過的歷次地震數(shù)據(jù)表明，建于地震斷裂帶上的建筑帶來嚴(yán)重的破壞后果，對人們的生命財產(chǎn)安全存在著嚴(yán)重的威脅。因此，針對工程建設(shè)的選址應(yīng)該結(jié)合地震的活動情況與工程的實際需求著手進(jìn)行，并對危險地段以及不利于抗震的區(qū)域進(jìn)行綜合性的分析，在無法避開時需要采取有效的措施，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

3.2 合理選材

建筑工程建設(shè)所使用的鋼結(jié)構(gòu)材料主要以鋼材以及連接性材料為主，而材料性能和質(zhì)量的好壞與鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性之間存在著緊密的聯(lián)系，直接關(guān)系著鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全性和抗震性。因此，設(shè)計時，應(yīng)該對荷載特征、結(jié)構(gòu)形式、連接方式等方面進(jìn)行綜合性的考慮，選用最為合理、恰當(dāng)?shù)牟牧?，從而為結(jié)構(gòu)的抗震性、可靠性提供保障。

3.3 合理設(shè)計

首先，需要保證計算模型的合理性，將結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)真實、客觀的模擬出來。針對結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的建筑，可以利用有限元模型進(jìn)行分析，同時還要應(yīng)用至少兩個不同的力學(xué)分析軟件進(jìn)行相應(yīng)的計算。其次，計算簡圖根據(jù)實際受力進(jìn)行簡化。再次，針對局部受力比較復(fù)雜的構(gòu)件，用應(yīng)力分析校核結(jié)果。最后，對軟件分析得出的結(jié)果進(jìn)行必要的檢驗，以確保其合理性和準(zhǔn)確性。

3.4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計

第一，柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計。一般情況下，柱腳主要分為埋入式柱腳、外包式柱腳以及外露式柱腳三種類型。在抗震設(shè)計中，采用埋入式柱腳更為適合。該柱腳多用于獨(dú)立基礎(chǔ)、樁承臺等方面。應(yīng)根據(jù)計算，滿足結(jié)構(gòu)要求確定柱腳的埋入深度，因為柱底彎矩以及剪力的遞傳主要是通過混凝土來實現(xiàn)，所以應(yīng)該確保其周邊混凝土保護(hù)層的配筋量以及厚度符合規(guī)定和要求。

第二，梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計。梁柱連接可以分為兩種，既剛性連接和鉸接。對于剛性連接，一般情況下，梁柱的連接多采用的是全焊接、栓焊混合、帶懸臂梁的栓焊混合以及帶懸臂梁的全螺栓連接等方式。這種連接方式較為簡單，且便于安裝，可以確保結(jié)構(gòu)的安全性。在抗震設(shè)計中，要求強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，該連通方式可以通過在梁上下翼緣處增加蓋板或者楔形板的方式提高焊縫的厚度與長度，進(jìn)而提升構(gòu)件的穩(wěn)固性。對于鉸接，梁柱連接多是通過螺栓對柱翼緣與梁腹板進(jìn)行連接。為了確保節(jié)點(diǎn)設(shè)計的合理性，連接方式的選擇需要根據(jù)要求和規(guī)定來確定;為確保構(gòu)造與計算假定的統(tǒng)一性，應(yīng)該在螺栓失效和焊縫屈服前先使連接板受剪屈服;為確保梁端具有足夠的轉(zhuǎn)動能力，需要注重對連接鋼板厚度的控制，保持鋼柱與梁端間的縫隙。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越多，而建筑與人們的生命財產(chǎn)安全之間存在著緊密的聯(lián)系，所以，應(yīng)該注重鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的合理性和規(guī)范性。結(jié)構(gòu)設(shè)計師在實際的設(shè)計工作中，需要對各類地震災(zāi)害進(jìn)行全面詳細(xì)的分析，不斷總結(jié)經(jīng)驗，明確設(shè)計思路，并對設(shè)計進(jìn)行不斷的完善和優(yōu)化，從而為人們的生命財產(chǎn)安全提供重要的保障作用。

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