鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)就顯得非常重要和必要。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

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。框架-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。框架-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(shí)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(jì)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(shí)，節(jié)點(diǎn)遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形坍塌。但是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)相對(duì)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(gè)問題，在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)單位或設(shè)計(jì)人員沒有結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)在建筑物中的實(shí)際使用情況，以及周圍的地勢(shì)環(huán)境情況等，對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作的調(diào)查及準(zhǔn)備不夠充分，進(jìn)而使得設(shè)計(jì)效果出現(xiàn)失誤，在實(shí)際使用過程中必然也會(huì)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?yàn)樵谶M(jìn)行建造時(shí)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(shí)局部也會(huì)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(huì)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(huì)使得鋼柱焊縫附近的延展性有所降低，進(jìn)而會(huì)在地震時(shí)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(gè)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(huì)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(huì)影響到該部分結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，進(jìn)而影響到整個(gè)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(gè)綜合大樓的3個(gè)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?yàn)榭v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(jì)的方法

3.1完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是當(dāng)前相關(guān)行業(yè)所必須要做的一項(xiàng)工作，具有較大的難度，對(duì)于設(shè)計(jì)人員的要求比較高。因?yàn)楣?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(jì)時(shí)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?yàn)樗幍乩憝h(huán)境會(huì)對(duì)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，再落實(shí)到節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上。

3.2選擇對(duì)建筑抗震有力的場地和地基

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

3.3加強(qiáng)對(duì)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(duì)施工材料和技術(shù)的控制，因此結(jié)合材料市場的實(shí)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(shí)施工單位在選擇材料時(shí)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(jì)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(jiān)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(shí)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(duì)于建筑的設(shè)計(jì)不僅要考慮到實(shí)用，更多地要關(guān)注建筑形狀和材料對(duì)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?yàn)檫@樣的鋼結(jié)構(gòu)建筑在受到地震破壞時(shí)，破壞程度較輕，所以在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑的形狀不僅規(guī)則而且結(jié)構(gòu)要求對(duì)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(jì)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(jì)連接著鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的每一個(gè)部分和階段，所以在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)問題與抗震設(shè)計(jì)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(jì)有限公司）