關于鋼結構抗震設計和減隔震問題的探討

摘要：本文通過對現(xiàn)行規(guī)范對于鋼結構抗震設計方法的介紹，說明了隔震、消能減震鋼結構亦具有其他隔震、消能減震結構的特點。只要采用適當?shù)目拐鸱椒ǎ瑹o論是混凝土結構還是鋼結構形式都能經受罕遇地震時強烈的地面振動，避免嚴重的破壞。本文還列舉了多種消能器，并簡單闡述了其工作原理，并結合實際在工程中的運用說明其優(yōu)越性。

關鍵詞：鋼結構；抗震設計；減震技術

引言

眾所周知，我國是一個地震多發(fā)的國家，國家的大中城市多為地震區(qū)，因此無論是混凝土結構還是鋼結構都必須要進行抗震設計。我國的鋼結構設計起步比較晚，改革開放之后才出現(xiàn)首部抗震設計規(guī)范。由于鋼結構設計規(guī)范中仍存在一些問題，一方面造成用鋼量較大，阻礙了鋼結構的推廣，另一方面造成結構設計不合理，影響了鋼結構的抗震性能[1]。因此，盡管鋼結構具有眾多優(yōu)點，但是在實際工程中鋼結構的數(shù)量相對來說還是比較少的。

本文主要針對目前鋼結構在地震作用下的設計及如何對鋼結構采用消能減震措施以降低地震作用進行部分討論。

一、鋼結構抗震設計

（一）鋼結構的地震作用

《建筑抗震設計規(guī)范》GB5001-2010中采用基于多遇地震作用下的彈性分析計算設計方法，在考慮結構延性以后降低的同時又因阻尼比降低而加大。基于上面的考慮，使得鋼結構用鋼量偏高。阻尼比越小，反應譜值越大。由于沒有考慮抗震強度水平協(xié)調，導致用鋼量上升，而鋼結構延性好的優(yōu)勢得不到發(fā)揮[2]。

（二）抗震設防目標的合理性

與混凝土結構不同的是，鋼結構在進入彈塑性階段后結構并不一定會破壞，如果結構構件或節(jié)點沒有出現(xiàn)嚴重的裂紋，就可以繼續(xù)承受荷載，這完全可以滿足“小震不壞”的要求。即便是混凝土結構很多時候也是帶裂縫工作的，在承受負彎矩的地方配上適量的鋼筋并通過彎矩調幅設計，同樣可以滿足“小震不壞”的設計理念。因此“小震不壞”不是“小震彈性設計”，否則就無法充分利用結構的延性了[2]。

二、鋼結構的隔震、消能

（一）鋼結構的隔震、消能原理

鋼結構跟混凝土結構一樣，都可以采用隔震，消能減震的方式減小地震力對結構的影響。同樣，隔震鋼結構也具有其他隔震結構的特點，即基本周期延長2倍以上，具有良好的隔震效果[3]。

鋼結構的隔震同樣分為基礎隔震和中間層，一般情況下優(yōu)先考慮基礎隔震，中間層隔震一般用于建筑的加固中。應用于基礎隔震中的隔振器目前主要采用疊層鋼板橡膠支座，那是因為疊層鋼板橡膠支座具有足夠的承載能力，水平剛度比較小，同時還具有自動復位功能。從目前的情況來看，橡膠支座隔震的技術經濟綜合指標要優(yōu)于其他技術。與此同時，還制定了建筑隔震橡膠支座的產品標準，促進了這一新技術的實際應用。

但是對于隔震支座在復雜的應力條件下的穩(wěn)定性，耐久性和變形特征及其性能退化規(guī)律和改善措施還得進一步研究[4]。在結構體系方面，復合隔震體系的性能和分析方法，層間隔震，高位隔震和其他特殊部位的隔震技術措施等也是值得研究的。鋼結構的基礎隔震也運用到了實際工程當中，如廣東科學中心巨型鋼結構的基礎隔震[5]。

鋼結構采用消能的方法則是在變形較大的地方通過布置消能器以消耗地震能量，減小結構的地震響應。

（二）消能器及其應用

通過提高建筑結構的附加阻尼和對建筑結構進行振動控制是減少地震對結構影響的重要途徑。提高附加阻尼主要是采用阻尼裝置，比如在結構中加入消能器。根據(jù)消能器耗能機理的不同，可分為速度相關型效能器和位移相關型效能器兩大類。目前常用的消能器有粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器、軟鋼剪切效能器、金屬彎曲效能器、屈曲約束支撐、鉛效能器、摩擦消能器等。這些消能器不僅在鋼筋混凝土結構、砌體結構中得以運用，同樣適用于鋼結構中，常見的有：支撐上用的彈簧阻尼器，柱腳所用的疊層橡膠墊、磁流變減震器以及形狀記憶合金。

在實際的工程中，可以通過在樓蓋的適當位置添加合適的消能減震裝置，對樓板因人行運動而引起的共振效應進行減震。

三、結束語

隨著國家把隔震和消能減震設計寫入《建筑抗震設計規(guī)范》，預示著這項技術越來越能得到技術人員的認可，并且在以后的建筑建設當中有必要考慮這方面。雖然鋼結構不具有像混凝土那樣較高的阻尼比，但是由于其本身具有良好的延性，能夠消耗部分地震能量，所以我們一般采用消能的設計方法。這一技術對提高建筑結構的抗震性能有很大的幫助。當然，其中也還存在許多需要研究的方面，如耐久性等。應該結合實際工程開展實用化。標準化的研究，完善抗震設計方法，加速推進其工程應用。

參考文獻：

[1]李國強，孫飛飛.關于鋼結構抗震存在的問題及建議[J].地震工程與工程振動，2006，26（3）：108-114

[2]沈祖炎，孫飛飛.關于鋼結構抗震設計方法的討論與建議[J].建筑結構，2009，39（11）

[3]徐忠根，周福霖，肖振宇.隔震鋼結構的實例介紹[J].建筑鋼結構進展，2002，3（2）

[4]周錫元.中國建筑結構抗震研究和實踐六十年[J].建筑結構，2009，39（9）

[5]許勇，張繼超，陳原.廣東科學中心巨型鋼結構基礎隔震施工技術[J]，施工技術，2009，38（8）