輕鋼結構建筑的抗震設計性能分析

【摘要】：輕鋼結構建筑在國外已經得到廣泛應用，在我國正積極的推廣使用，因其具有良好的結構性能和自重輕的特點，逐漸被廣大建筑設計人員推崇，其次因其具有節能、環保等有優點得到政府部門的認可。汶川和玉樹大地震的影響，提高人們對建筑抗震性能的重視程度，尋求抗震性能好，節能、可持續發展的建筑或結構成為目前建筑行業的發展目標。本文就輕鋼結構建筑抗震性能進行分析，希望可以拋磚引玉。

【關鍵詞】：輕鋼結構;抗震性能;結構

輕鋼結構是一種年輕而極具生命力的鋼結構體系，已廣泛應用于一般工農業、商業、服務性建筑，如辦公樓、別墅、倉庫、體育場館、娛樂、旅游建筑和低、多層住宅建筑等領域，還可用于舊房增層、改造、加固和建材缺乏地區、運輸不便地區、工期緊、活動式可拆遷建筑等，倍受業主青睞。其有點較多，其中最為突出是是：節能性能和抗震性能。本文就其抗震性能進行分析。

輕鋼結構建筑的抗震性非常良好，多次震害后依然屹立不倒，破損輕微，日本和北美地區多以輕鋼結構建筑為主，較多優秀的建筑企業在地震多發區推廣這種建筑形式。經歷了汶川和玉樹兩次大地震，慘痛的人員傷亡數據和財產損失對建筑抗震能力提出直接的要求：抗震。 輕鋼結構建筑給予了抗震設計一種新的思路。

一、建筑結構抗震設計思路

建筑結構的抗震設計思路這樣變化著：起先，建筑結構未考慮結構的彈性動力特征，普遍性的就取一個地震水平作用用于建筑 結構的設計;后來，建筑結構抗震設計從彈性發展到非線性，從基于經驗到基 于非線性理論的一系列轉變。

現代建筑結構抗震設計思路：

合理選擇地震作用確定結構屈服水準，一般選擇地面峰值加速度作為地區地震強弱的標志值，然后以不同的地震力降低地震系數得到不同的設計地面運動加速度，來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。采取有效的抗震措施，讓結構具備設計時所需要的抗震延性能力，它包括內力控制措施和抗震構造措施，內力控制措施指強柱強梁、強剪弱彎。

二、建筑抗震性分析

目前建筑結構形式有：磚混結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構、輕鋼結構和 木結構，僅從抗震的性能比較，按照8度設防的標準進行設計，然后比較其抗震性能，輕鋼結構的抗震性能最高。原因是因為輕鋼結構屬于柔性結構，材料具有彈性變形能力，發生強 烈地震時，結構會發生變形而耗能，卻不易崩塌和斷裂。在建筑結構中， 輕鋼結構的墻壁結構是目前結構中最好的墻體形式，其抗震性強，安全性好。

1、 結構抗震標準相同的性能比較

建筑結構設計根據國家規范，以成都為例，建筑的設防烈度為7度，地震加速度為0.15g，表示該區房屋建筑必須能承受7度烈度的地震而不倒。如果達不到這個標準，施工圖將不會獲得圖審公司批準，即不允許使用。其中均滿足這一標準的情況下，輕鋼結構用料最省，或者同等用料情況下，輕鋼結構可以提供更大的空間、更高的高度和使用面積。

2、部分老建筑抗震性差的原因分析

比如5.12的大地震中，大量房屋倒塌情況是：磚混結構、預制板、無墻體拉結筋等建筑倒塌最多。造成倒塌的原因分析是剛性脆性材料的使用過多，缺乏柔性變型和彈性變型能力，還有就是抗震設計設防標準不夠，預制板不能跟墻梁有效連接、墻體與柱梁連接筋缺乏導致整體倒塌。。

3、輕鋼結構建筑抗震特性分析

輕鋼結構建筑的抗震性能主要表現：結構重量輕、抗變形能力強、具有彈性變形能力、容易較好達到墻梁柱連接、不容垮塌。地震作業方向是：水平（左右）和豎向（上下）。輕鋼結構是由緊固件連在—起的，構成一個穩定的盒子形狀，能承受一定的變形而不破壞或失效，因此地震的搖晃不會出現墻面倒塌或樓板墜落致使人員傷亡。輕鋼結構建筑的抗震主要體現在結構的延時性，通過塑性鉸區域的變形，能吸收和消耗地震能量，這種變形降低 了結構的剛度要求，使該結構在地震作用下的變形反應小，也就使得地震對輕鋼 結構建筑破壞作用力減小，延性結構的塑性變形起到耗散地震能量的作用， 結構受作用變形會加大，承受的地震作用不會快速上升，內力也不會突然加 大，因此具有延性的結構可以降低對輕鋼結構建筑的抗震強度和剛度要求，通俗的講：就是延性結構通過自身的變形能力抵御地震作用，減少建筑材料使用。。

4、結構延性對提高建筑結構抗震性能非常重要，輕鋼結構建筑的延性具有以下作用：

承受偶然荷載作用：建筑在使用過程中可能會遇到許多偶然的未考慮到的因素，如偶然的超載，溫度變化和收縮作用引起的體積變化等，這些因素會引起結構內力變化和結構變形等情況，而輕鋼結構建筑的材料變形能力可作為意外發生時內力和變形的安全儲備。有利于抗震：在地震作用下，輕鋼結構通過塑性鉸區域的變形，可以有效的吸收耗散地震能量，從而降低了結構的剛度，使地震對結構的作用力減小，減小結構破壞， 所以輕鋼結構的抗震能力較強。。

三、輕鋼結構建筑的優點

1、輕鋼結構建筑的現場施工速度快，工期短，主要工作均為干作業， 有利于文明施工的發展。2、輕鋼結構建筑是綠色的節能的環保型產品，采用高效節能墻體，保溫隔熱，效果好，符合當今國家提倡的節能，環保的主題。3、輕鋼結構建筑重量輕、整體性好、變形能力強、抗震性能好。4、輕鋼結構建筑是經濟性建筑，多層和底層建筑的綜合經濟指標高于鋼筋混凝土結構。5、輕鋼結構建筑相對于磚混結構而言，避免了燒磚帶來的土地資源浪費及環境污染，由于輕鋼 結構的墻體厚度小，比磚混結構提供更大的使用地面。6、輕鋼結構的材料可以循環使用，而混凝土不能循環使用，混凝土結構完成后會留下大量建筑垃圾，造成環境污染，混凝土不容易快速完全干燥，容易造成室內濕氣過重，影響人體健康，輕鋼結構則不會出現這些問題。。

四、總結

輕鋼結構建筑正逐漸在我國積極推廣，通過對輕鋼結構建筑的抗震性能分析與研究，可以獲得輕鋼結構建筑具有：輕鋼結構建筑以其自重輕，彈性大、抗震能力強的優點正被業界認可;該結構符合目前我國倡導的可持續發展戰略，建筑業綠色環保化，工業化等要求，有利于文明施工的發展;由于輕鋼結構建筑的抗震能力強，建議在我國地震頻發地區多發展輕鋼結構建筑，減少地震導致房屋倒塌而引起的人員傷亡和財產損失。

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