鋼結構抗震設計方法探討

康杰

（河北鋼鐵集團礦山設計有限公司，河北 唐山063700）

1 引言

我國的科技以及經濟一直在持續發展，進一步促進了建筑工程規模的擴大。而在建筑設計當年中，抗震設計屬于非常重要的設計環節，其會對建筑工程的使用穩定性以及安全性造成非常嚴重的影響。想要降低地震對建筑造成的危害，那么在對建筑結構進行設計的過程當中要對地震的危害、抗震設計方法以及抗震設計基本要求等進一步明確化，這樣才可以使得建筑的穩固性得到提高。

2 建筑結構抗震設計包含的內容

按照GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》（2016 年版）（以下簡稱《抗規》）和JGJ 3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》（以下簡稱《高規》）中的規定，建筑工程抗震設計的內容主要包含：場地類別、場地抗震地段劃分、抗震設防烈度、地震分組、地震動參數、特征周期、抗震等級、建筑結構適用高度、地震計算分析、抗震性能設計、抗震概念設計、抗震措施以及抗震構造等；在《高規》當中又把鋼筋混凝土構造建筑結構進行分類，主要包含：A 級高度以及B 級高度，并按照不同的地震條件以及場地完成各類結構體系的具體規定，主要包含：抗震等級、最大適用高度、抗震構造以及抗震措施等；這里對場地地質條件比較差（如Ⅲ場地以及Ⅳ場地）、抗震設防烈度比較高（例如，設計基本地震加速度為0.15g 的場地、設防烈度為Ⅶ度的地區、設計基本地震加速度為0.3g 的場地、設防烈度為Ⅷ度的地區）的建筑在抗震措施、抗震等級以及抗震構造等方面都具備具體要求。

3 鋼結構存在的抗震優勢

當前，廣泛用于工程建設的砌體結構以及鋼筋混凝土結構具備地震耗能效果差以及結構自重大等缺點。觀察2008 年5 月12 日的四川汶川地震，從地震之后的災害當中可以發現，倒塌的建筑物主要屬于磚石結構。混凝土以及砌體之類的脆性材料具備較低的延展性，部件之間的連接屬于剛性連接，結構在地震力的作用之下得到的變形比較小，不能對地震能量充分吸收。非常多的磚石建筑的自重比較大，各個組成部分的連接比較弱，并且不存在抗震構造措施，如環形圈梁以及構造柱等。這些建筑物會在地震的過程中倒塌，造成比較嚴重的人員傷亡。與鋼結構以及磚石結構相比較，鋼結構在抗震性能上存在非常明顯的優勢。質量輕以及強度高的特點可以保障在地震出現時，鋼結構不會由于自身的質量而造成破裂情況的出現。鋼材屬于接近均質以及各向同性的材料，和材料力學的一些基本假設相符合，并且計算結果以及實際受力相匹配。

4 改善建筑結構以及抗震性的重要性

4.1 直接對人民群眾的生命以及財產安全造成影響

建筑屬于人們平常進行工作以及學習的重要場所。我國的城市化進程一直在持續加快，建筑物當中的人口密度變得非常高，如果發生地震，將會造成非常大的損失。我國的地震類型非常多，其發生頻率相對比較高。為了保障人們生命以及財產的安全，提高建筑物的抗震能力是非常迫切的。

4.2 建筑企業發展需求

建筑企業發展需求包括：（1）近年來，地震災害發生的概率比較高，面對這種大背景，人們對建筑物的抗震性能提出了非常高的要求。具備高抗震性能的建筑物在后續建筑市場發展的過程中成為一大主流。換句話來講，建筑公司想要在未來的市場當中站穩腳步，最重要的就是不斷提高建筑物的抗震性。（2）建筑企業在社會責任方面的體現就是使得建筑物的抗震能力得到加強，這種防震目標需要大家共同努力，其中建筑業需要起到帶頭作用[1]。

5 鋼結構抗震設計方法

5.1 Pushover 分析方法

Pushover 分析方法是在能力譜方法的基礎上不斷發展而來的。這種方法可以獲得結構在彈塑性狀態下的具體強度以及變形情況，并且還可以清晰地發現結構在動力作用下存在的薄弱環節。該方法是對某個結構增加水平載荷，最終實現給定的目標位移，從而可以分析結構的破壞過程以及非線性變形能力。換句話來講，Pushover 分析是把多自由度系統轉換為單自由度系統（等效的），并在等效的單自由度系統基礎上完成整體承載力的研究。性能抗震設計方法一直在持續發展，Pushover 分析方法已經成為基于性能抗震設計當中比較重要的工具。

5.2 增量動力分析方法（IDA）

增量動力分析（IDA）指的是持續調整每個地震波的具體振幅，從彈性階段一直持續到屈服階段，然后從彈塑性階段再次持續到結構破壞狀態，然后對結構當中的不穩定狀態進行分析。在這個過程當中，執行了非常多非線性動力學的分析。面對不同地震級別，該方法可以反映結構的抗震能力，主要包含結構的強度、變形過程以及剛度等。在實施IDA 方法中，需要選擇一些具備代表性的地震波。確定結構狀態變形以及地面強度之后，利用地震加速度的調整，實施時程分析。生成的時間歷史分析曲線屬于IDA 曲線，該曲線在分析中可以利用需求以及容量系數方法等完成性能評估。通過研究可以表明，IDA 方法可以與Pushover 分析方法在使用的過程中可以相互結合，這樣才會使得鋼結構的具體抗震性能評估具備有效性。

6 鋼結構抗震存在的問題

首先，鋼結構在地震當中的具體作用問題，即在建筑物的抗震設計過程中，沒有充分意識到鋼結構在彈性階段具備低阻尼以及良好延展性的特點，這樣就會使得抗震設計中的用鋼量比較大，鋼結構在地震當中具備較大的作用，那么就會使得鋼結構在抗震當中進一步遭受影響。其次，鋼結構設計不具備合理性。鋼結構的抗震調整系數、實際承載力以及梁與焊縫的連接強度比較大，這樣就無法達到基礎材料的具體強度，進而對高層鋼結構的具體設計起到限制的作用，會嚴重影響鋼結構的具體抗震性能。因此，一定要仔細研究這些問題。通過計算鋼結構的具體地震響應系數，優化結構的地震響應系數，進一步改善鋼結構的抗震性能，最終提升鋼結構的抗震效果[2]。

7 結語

鋼結構和一般的鋼筋砌體結構以及混凝土結構相比較，具備施工速度快、回收率高以及抗震性能好等優點，可以在大跨度的公共建筑、大空間、工業廠房以及多高層住宅樓當中進行使用，其發展空間非常空闊。因此，需要對鋼結構抗震性能進行研究，優化抗震設計，為鋼結構工程的安全提供保障。