鋼結構抗震設計的探討

孫亞君

摘要：鋼材基本屬于各向同性的均質材料，且輕質高強、延性好，是一種很適合于建筑抗震結構的材料。但是，鋼結構房屋如果設計與制造不當，在地震作用下，可能發生構件的失穩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揮，造成災難性后果。因此，鋼結構房屋的抗震設計就顯得非常重要和必要。

關鍵詞：鋼結構；抗震；設計

1鋼結構抗震結構體系

在鋼結構建筑中常見的結構體系有框架一偏心支撐結構、框架一中心支撐結構和框架結構等。純框架鋼結構具有延性好，抗震性能好的特點，但是由于它的抗側剛度比較差，不適用于層數太高的建筑當中。框架-中心支撐結構的抗側剛度大，適用于層數較多的鋼結構建筑，但是由于支撐構件的滯回性能較差，耗散的地震能量比較有限，其抗震性能不如純框架。框架-偏心支撐結構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定，它的抗震性能優于框架一中心支撐結構。

2影響鋼結構抗震設計的因素

2.1節點連接的破壞影響

節點是鋼結構中非常重要的組成部分，也是決定其抗震效果的關鍵因素，一些建筑物發生倒塌，很大一部分原因就是當發生地震時，節點遭到破壞，進而導致整個鋼結構出現變形坍塌。但是節點設計相對復雜，需要充分考慮到各部分結構的連接狀況，根據不同的建筑物鋼結構的整體連接情況也有所不同。而現如今就存在這樣一個問題，在進行節點設計時相關設計單位或設計人員沒有結合鋼結構在建筑物中的實際使用情況，以及周圍的地勢環境情況等，對節點設計工作的調查及準備不夠充分，進而使得設計效果出現失誤，在實際使用過程中必然也會影響到鋼結構抗震性能。

2.2構件的破壞影響

構件的破壞主要有支撐桿件的整體與局部失穩和鋼柱脆性斷裂，前者是因為在進行建造時組成支撐構件的板件較為寬厚，使得在整體出現失穩時局部也會出現失穩的現象，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，進而會在地震時容易發生鋼柱脆性斷裂現象。

2.3施工材料及技術的影響

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

2.4結構的倒塌破壞影響

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

3完善鋼結構抗震設計的方法

3.1完善節點設計

完善節點設計是當前相關行業所必須要做的一項工作，具有較大的難度，對于設計人員的要求比較高。因為節點是起到連接整體鋼結構、固定和支撐的作用，所以在設計時需要考慮到的因素比較多，首先需要考慮到鋼結構的整體構架，包括各種材料及結構之間的搭配情況，選擇合適的位置設置節點。還需充分考慮到鋼結構在建筑物中應當起到的作用，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量。因為所處地理環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造有所不同，因此需要將上述內容與建筑物的整體構造情況進行充分的結合，進而對鋼結構進行合理的設計，再落實到節點設計上。

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行抗震設計，這樣反而會產生負面的影響，所以在對建筑進行抗震結構設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。另外鋼結構對地震反映取決于鋼結構的震害，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救措施。

3.3加強對施工材料和技術的控制

保障鋼結構的質量以及抗震效果必然需要加強對施工材料和技術的控制，因此結合材料市場的實際情況，需要加強管理，降低劣質材料進入市場的幾率，同時施工單位在選擇材料時也需提高要求，不能購買劣質材料。

3.4選擇合理的抗震結構體系

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

3.5選擇合理的結構總體布置

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

4結束語

綜上所述，鋼結構的抗震設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，鋼結構的抗震設計連接著鋼結構設計中的每一個部分和階段，所以在進行建筑結構設計時要充分了解到建筑中的結構破壞機制和破壞的過程，然后再結合鋼結構的抗震設計準則來解決在抗震鋼結構中所涉及的問題，最后設計合理有效的抗震鋼結構。通過這樣操作過程，才能建設出能夠抵抗地震、經濟實用的鋼結構建筑。

參考文獻：

[1]高層建筑結構抗震性能和抗震設計的相關研究[J].藍天.河南建材.2017（04）.

[2]基于性能的抗震設計在建筑結構方面應用研究[J].宋兆陽，王灼，于洪權，白金羽.商.2015（51）.

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

[4]建筑結構抗震設計問題與抗震設計方案分析[J].王丹丹.智能城市.2016（11）.

（作者單位：張家口建筑勘察設計有限公司）