關于鋼結構抗震設計中結構影響系數(shù)的討論

張立強 賈日晨

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，天津 300201)

關于鋼結構抗震設計中結構影響系數(shù)的討論

張立強 賈日晨

(信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，天津 300201)

近年來，對于建筑物的安全問題的考量不斷增多，在一些地震帶的建筑物的抗震性能也不斷被提出，本文就鋼結構抗震設計中結構影響系數(shù)的影響因素，我國的相關規(guī)定及改進的建議進行討論，為結構影響系數(shù)的科學制定提供意見。

鋼結構；抗震；結構影響系數(shù)

一、結構影響系數(shù)

結構影響系數(shù)是在地震反應的計算過程中，考慮到不同的結構有不同的特性，因此使用簡易的彈性地震反應計算的方式來得出現(xiàn)實的結構和某個質(zhì)點彈性體系之間的區(qū)別所采用的修正系數(shù)。影響這種系數(shù)的因素包括結構的形式，整體結構的變形程度、結構的阻尼、非結構構件的抗震效果、地基扭曲程度等等。

1、結構的形式

結構形式的分類。按材料可分為木制、鋼材、鋼筋混凝土等；按受力形式可分為框架結構、剪力墻結構、膜結構。不同的形式在地震之后的結構影響系數(shù)都是不同的。而其影響結構影響系數(shù)是由于不同的結構其延性不同超強性能也不同，一般來講一個結構的延性與其結構影響系數(shù)成反比，而如果結構的耗能能力越強，則結構的延性越好，結構影響系數(shù)也會更大。如鋼結構的延性就比鋼筋混凝土結構的延性更好，而多重結構的延性比單一結構的延性更好，如果是短周期結構，則是由結構的超強性能發(fā)揮主要作用。

2、結構的變形程度

結構在地震之后可能會發(fā)生塑形變形，結構的塑形變形是指在一定的條件下，相應的結構在外力的作用發(fā)生形變，一旦加諸其上的外力去除之后結構不能恢復到原來的狀態(tài)。結構的塑形變形也會直接影響結構影響系數(shù)。

3、結構的阻尼

結構阻尼是在形容結構在振動的時候能量的損耗。理論上的結構阻尼比是0．05。這個數(shù)值和我國大部分建筑的結構阻尼比較接近，然而如果是鋼結構其結構阻尼比通常為 0.02。另外像是煙囪、水塔等比較高而強度不大的結構阻尼都比較小。一般而言阻尼越小在地震中的反應越大，因此結構的阻尼也是影響結構影響系數(shù)的重要因素。

4、非結構構件的抗震效果

非結構構件是指不屬于結構本身的構成要件，包括附屬結構構件像是雨棚、矮墻等等；裝飾物像是屋頂?shù)呐锛艿龋环墙Y構墻體是內(nèi)部的隔墻以及建筑附屬的機電設備等。在進行地震反應的計算過程中，許多的非結構構件自身的抵抗地震的能力往往會被忽略，實事上這些非結構構件的存在大大地加重了進行計算的結構，實際上得出的地震作用數(shù)據(jù)更大，同時，他們可能在一定程度上增加了結構的阻尼，尤其是它們造成的類似于給予結構一個薄膜保護的薄膜效應實際上能夠加強結構的抗震性，在實踐中有很大的進行抗震的潛力。

5、地基扭曲程度

地基的扭曲程度是指地基在地震之后變形的程度，其大小也是直接的影響了構影響系數(shù)的大小。

6、結構體系

為了防御地震，很多結構采取了相應的防御體系，如起支撐作用的結構體系，即使這一支撐被破壞了，其支撐的框架本身也有一定的抗震能力，從而形成了兩道防護。如果結構體系比較大的話，其抗震的能力也比較好，另外像煙囪、水塔等，其設計都是僅僅一道防御體系，當部分受到地震的損毀時，整個結構都將會倒塌，因此，單層防護的結構和多層防護的結構，其結構影響因素也是不同的。

7、多振型因素

不同的結構形成的不同的個振型組合其自振的周期、重量的單質(zhì)點彈性體系的底部剪力都是不同的，對整個結構的振動造成了影響，從而影響結構的結構影響系數(shù)。

二、我國結構影響系數(shù)的數(shù)值的相關規(guī)定

我國的抗震設計經(jīng)歷了三個階段，第一階段是78規(guī)范，即《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》，這一規(guī)范利用結構影響系數(shù)對不同設計下的結構的抗震能力進行強化，從而對地震的影響力造成減損；第二階段是89規(guī)范和現(xiàn)行規(guī)范，即《建筑抗震設計規(guī)范》和《建筑抗震設計規(guī)范》，這兩部規(guī)范性文件采納的是兩個階段、三種水準的標準以及應對強度較小的地震的設計方式；第三階段就是現(xiàn)行的通則規(guī)定，即《建筑工程抗震性態(tài)設計通則(試用)》，在規(guī)定中強化了結構影響系數(shù)，納入了采用基于性態(tài)的抗震設計方法。

各方面的數(shù)據(jù)顯示，塑性變形的程度達到了彈性變形的1-4倍，那么地震的效果將有無塑性變形的1/2-1/4。因此我國的相關規(guī)定曾經(jīng)提議把常用的工業(yè)和民用建筑的結構影響系數(shù)定為 1／3，對于像高煙囪、燈塔等建筑的結構影響因素能夠定在 1／2左右。

因此我國的74抗震規(guī)范在起草的過程中，將以下幾個因素納入考慮范圍。按照不同的結構形式進行分類，選取合適的容許延伸系數(shù)，做出相應的折線圖，得到合適的結構影響系數(shù)值約為0．35～0．40。

78規(guī)范在起草后，我國出現(xiàn)了唐山大地震，對于地震帶來的影響舉國震驚，同時繼續(xù)參考國外的相關標準我國對結構影響系數(shù)值做出了一定的調(diào)整，主要表現(xiàn)為開始區(qū)分一些高柔結構的結構影響系數(shù)，像是煙囪、水塔；開始區(qū)分不同材料的結構影響系數(shù)，尤其是鋼、鋼筋混凝土和磚等材料；開始區(qū)分單層結構和多層結構，同時將地基條件等因素也納入考慮的范圍。直觀上，磚結構房屋及房屋內(nèi)的整體架構，實際上這類房屋的結構影響系數(shù)并沒有增加。

三、討論

當前，一些國家對不同結構體系的結構影響系數(shù)提出了一些意見，而他們研究的方式大部分是彈塑性動力分析方法，結合這幾年我國進行的彈塑性分析，可以發(fā)現(xiàn)：

1、鋼結構中的結構影響系數(shù)和位移放大系數(shù)的關系。實際上在全部的鋼結構中，結構影響系數(shù)值比其它結構則明顯偏小。根據(jù)美國鋼結構規(guī)范、一些實驗中的數(shù)據(jù)可以得出，以及國內(nèi)外許多實驗的結果都表明，偏離中心點的支撐框架結構與框架偏心支撐結構比較而言，其延展性和耗能都更好。而由于真正耗能的部分比較早的進入了塑性的狀態(tài)，它們的位移放大系數(shù)應該有所提高。

2、鋼結構和鋼筋混凝土結構的延性以及它們的阻尼比的差值比其他材料更大一些，應當另作分析。

四、結論

1、嚴格按照通則的規(guī)范進行操作，能夠防御常見的地震。

2、對于高層的鋼建筑或是使用鋼材料的位置比較高的建筑的結構影響系數(shù)應當進行相應的調(diào)整。

3、高層的鋼結構建筑的鋼材彎曲之后有很大的利用價值。

4、不同層級的結構對于結構影響系數(shù)也有很大影響。

五、結語

總而言之，目前我國的結構影響系數(shù)的相關標準較之以前有很大的進步，將結構影響系數(shù)的影響因素基本上都考慮到了。然而仍然存在一些不足之處，像是對于鋼結構和鋼筋混凝土結構的特殊性考慮的不夠，對于其位移放大系數(shù)的規(guī)定也存在一定的不合理之處，因此國家的相關規(guī)范仍需不斷的完善，而設計者則因高于國家標準，確定一個新的建筑合理的結構影響系數(shù)。

[1]何若全，顧 強，孫國華 關于鋼結構抗震設計中結構影響系數(shù)的討論 蘇州科技學院學報(工程技術版)-2004年04期

[2]楊俊芬，顧 強 抗震設計中的結構影響系數(shù)及其研究進展 地震工程與工程振動-2008年8月

[3]孫利輝，宋承偉，宋麗穎 非結構構件在抗震設計中的幾點注意事項 value engineering-2011年03期

[4]沈祖炎 關于鋼結構抗震設計方法的討論與建議 建筑結構-2009年11期

[5]沙廣瑾 何若全 K形中心支撐鋼框架的結構影響系數(shù) 蘇州科技學院院報-2007年04期

[6]陳曉光 鋼結構抗震設計淺談 建筑與結構設計-2008年11期

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1007-6344（2015）09-0159-01