鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的探討

孫亞君

摘要：鋼材基本屬于各向同性的均質(zhì)材料，且輕質(zhì)高強(qiáng)、延性好，是一種很適合于建筑抗震結(jié)構(gòu)的材料。但是，鋼結(jié)構(gòu)房屋如果設(shè)計與制造不當(dāng)，在地震作用下，可能發(fā)生構(gòu)件的失穩(wěn)和材料的脆性破壞或連接破壞，使鋼材的性能得不到充分發(fā)揮，造成災(zāi)難性后果。因此，鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計就顯得非常重要和必要。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計

1鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系

在鋼結(jié)構(gòu)建筑中常見的結(jié)構(gòu)體系有框架一偏心支撐結(jié)構(gòu)、框架一中心支撐結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)等。純框架鋼結(jié)構(gòu)具有延性好，抗震性能好的特點(diǎn)，但是由于它的抗側(cè)剛度比較差，不適用于層數(shù)太高的建筑當(dāng)中?？蚣?中心支撐結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度大，適用于層數(shù)較多的鋼結(jié)構(gòu)建筑，但是由于支撐構(gòu)件的滯回性能較差，耗散的地震能量比較有限，其抗震性能不如純框架?？蚣?偏心支撐結(jié)構(gòu)可以通過偏心連梁的剪切屈服，耗散地震的能量，同時又可以保證支撐不喪失其整體穩(wěn)定，它的抗震性能優(yōu)于框架一中心支撐結(jié)構(gòu)。

2影響鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的因素

2.1節(jié)點(diǎn)連接的破壞影響

節(jié)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)中非常重要的組成部分，也是決定其抗震效果的關(guān)鍵因素，一些建筑物發(fā)生倒塌，很大一部分原因就是當(dāng)發(fā)生地震時，節(jié)點(diǎn)遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形坍塌。但是節(jié)點(diǎn)設(shè)計相對復(fù)雜，需要充分考慮到各部分結(jié)構(gòu)的連接狀況，根據(jù)不同的建筑物鋼結(jié)構(gòu)的整體連接情況也有所不同。而現(xiàn)如今就存在這樣一個問題，在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計時相關(guān)設(shè)計單位或設(shè)計人員沒有結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)在建筑物中的實際使用情況，以及周圍的地勢環(huán)境情況等，對節(jié)點(diǎn)設(shè)計工作的調(diào)查及準(zhǔn)備不夠充分，進(jìn)而使得設(shè)計效果出現(xiàn)失誤，在實際使用過程中必然也會影響到鋼結(jié)構(gòu)抗震性能。

2.2構(gòu)件的破壞影響

構(gòu)件的破壞主要有支撐桿件的整體與局部失穩(wěn)和鋼柱脆性斷裂，前者是因為在進(jìn)行建造時組成支撐構(gòu)件的板件較為寬厚，使得在整體出現(xiàn)失穩(wěn)時局部也會出現(xiàn)失穩(wěn)的現(xiàn)象，從而造成了斷裂層的破壞，后者主要在鋼柱拼接焊縫附近會產(chǎn)生一定鋼柱斷裂，另外鋼柱是長期暴露在室外，特別是在寒冬，就會使得鋼柱焊縫附近的延展性有所降低，進(jìn)而會在地震時容易發(fā)生鋼柱脆性斷裂現(xiàn)象。

2.3施工材料及技術(shù)的影響

鋼結(jié)構(gòu)是由多個部分共同組成的，所以需要考慮到不同部分的質(zhì)量以及組合到一起后的整體效果，這就會涉及到施工技術(shù)和施工材料。不難理解，施工材料質(zhì)量差就會影響到該部分結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而影響到整個鋼結(jié)構(gòu)的使用效果，然而施工材料質(zhì)量差是一種非常普遍的現(xiàn)象，還需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行改善。

2.4結(jié)構(gòu)的倒塌破壞影響

早些年墨西哥發(fā)生的大地震中，墨西哥市的某個綜合大樓的3個22層的鋼結(jié)構(gòu)塔樓之一發(fā)生倒塌，其余2棟鋼結(jié)構(gòu)塔樓也發(fā)生了嚴(yán)重破壞，其中1棟已經(jīng)接近倒塌。這3棟塔樓的結(jié)構(gòu)體系都是框架-支撐結(jié)構(gòu)。有關(guān)分析證明，塔樓發(fā)生倒塌或者嚴(yán)重破壞的主要原因，是因為縱橫向垂直支撐偏位設(shè)置，從而導(dǎo)致剛度中心和質(zhì)量重心相距太大，所以在地震中產(chǎn)生了較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，致使鋼柱的承載力小于作用力，引發(fā)了3棟相同的塔樓發(fā)生了嚴(yán)重破壞甚至倒塌。

3完善鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法

3.1完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計

完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計是當(dāng)前相關(guān)行業(yè)所必須要做的一項工作，具有較大的難度，對于設(shè)計人員的要求比較高。因為節(jié)點(diǎn)是起到連接整體鋼結(jié)構(gòu)、固定和支撐的作用，所以在設(shè)計時需要考慮到的因素比較多，首先需要考慮到鋼結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)架，包括各種材料及結(jié)構(gòu)之間的搭配情況，選擇合適的位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)。還需充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)在建筑物中應(yīng)當(dāng)起到的作用，除了抗震效果之外，還有其他多種性能，注重建筑物的整體使用質(zhì)量。因為所處地理環(huán)境會對建筑物的使用造成很大程度上的影響，再加上不同類型的建筑物其構(gòu)造有所不同，因此需要將上述內(nèi)容與建筑物的整體構(gòu)造情況進(jìn)行充分的結(jié)合，進(jìn)而對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計，再落實到節(jié)點(diǎn)設(shè)計上。

3.2選擇對建筑抗震有力的場地和地基

針對每一塊的建筑并不能都進(jìn)行抗震設(shè)計，這樣反而會產(chǎn)生負(fù)面的影響，所以在對建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時要選擇合理的且對抗震有力的場地和地基，這對建筑抵抗地震有一定的作用。另外鋼結(jié)構(gòu)對地震反映取決于鋼結(jié)構(gòu)的震害，一般來說會選擇一些堅硬的中硬場地作為建筑中抗震設(shè)計的場地或者地基，這樣可以增加建筑對地震的抵抗能力，如果在建筑的時候無法避開一些較為薄弱的場地，這時候一般會采取一定的補(bǔ)救措施。

3.3加強(qiáng)對施工材料和技術(shù)的控制

保障鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量以及抗震效果必然需要加強(qiáng)對施工材料和技術(shù)的控制，因此結(jié)合材料市場的實際情況，需要加強(qiáng)管理，降低劣質(zhì)材料進(jìn)入市場的幾率，同時施工單位在選擇材料時也需提高要求，不能購買劣質(zhì)材料。

3.4選擇合理的抗震結(jié)構(gòu)體系

（1）具有明確的計算簡圖以及合理的地震作用傳遞途徑。（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有多道抗震防線：簡單來說，就是將抗震鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置成多道抗震防線，這樣使得抗震結(jié)構(gòu)具有良好的堅韌性和較高的強(qiáng)度、剛度，其次，抗震體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部以及外部富余度，能在結(jié)構(gòu)適當(dāng)部位有意識地建立起有利的屈服區(qū)以使結(jié)構(gòu)既能吸收和耗散大量地震能量，萬一破壞易于修復(fù)。

3.5選擇合理的結(jié)構(gòu)總體布置

目前對于建筑的設(shè)計不僅要考慮到實用，更多地要關(guān)注建筑形狀和材料對抗震結(jié)構(gòu)的影響。一般的鋼結(jié)構(gòu)建筑大部分形狀簡單、結(jié)構(gòu)規(guī)則，主要是因為這樣的鋼結(jié)構(gòu)建筑在受到地震破壞時，破壞程度較輕，所以在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時要求建筑的形狀不僅規(guī)則而且結(jié)構(gòu)要求對稱，這樣可以在一定程度上減小剛度中心與質(zhì)量中心的距離。

4結(jié)束語

綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計在建筑中起著重要的作用，它所涉及的方面也是非常廣泛的。總的來說，鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計連接著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的每一個部分和階段，所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分了解到建筑中的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制和破壞的過程，然后再結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計準(zhǔn)則來解決在抗震鋼結(jié)構(gòu)中所涉及的問題，最后設(shè)計合理有效的抗震鋼結(jié)構(gòu)。通過這樣操作過程，才能建設(shè)出能夠抵抗地震、經(jīng)濟(jì)實用的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

參考文獻(xiàn)：

[1]高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震設(shè)計的相關(guān)研究[J].藍(lán)天.河南建材.2017（04）.

[2]基于性能的抗震設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)方面應(yīng)用研究[J].宋兆陽，王灼，于洪權(quán)，白金羽.商.2015（51）.

[3]提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的策略[J].孟小麗.山西建筑.2017（27）.

[4]建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題與抗震設(shè)計方案分析[J].王丹丹.智能城市.2016（11）.

（作者單位：張家口建筑勘察設(shè)計有限公司）