關于鋼結構抗震設計方法的討論與建議

李棟

上海原構設計咨詢有限公司太原分公司 山西 太原 030000

相同荷載情況下，鋼結構構件與鋼筋混凝土構件相比，前者具有厚度薄、截面尺寸小等優勢。但是，鋼結構在具體應用期間，受不同因素影響，經常出現穩定性不足現象，會導致結構出現失穩現象。因此，為了處理好鋼結構在應用期間失穩現象的發生，要從實際情況入手，做好相應分析工作，提高設計合理性，保證建筑工程中鋼結構穩定性能夠達到預期。

1 建筑工程鋼結構的優勢

隨著人們對鋼結構研究的不斷深入，鋼結構越發成熟，其在建筑工程中的應用越來越廣泛，而且取得了不錯應用效果。尤其是針對一些人口相對密集的公共區域，例如，大型體育場、商場、機場等區域，都可以采用鋼結構。隨著建筑工程規模的擴大，層數的增高，鋼結構因為具有良好抗震性而得到了廣泛應用。通過具體分析可以發現，鋼結構在具體應用期間具有如下優點：

（1）自身性能良好

鋼結構在具體應用期間承載能力強、自身輕、抗震性能優越，因此，得到了廣泛應用。對于傳統大型建筑工程來說，具體施工中會采用大量鋼材、水泥等不同類型材料，在生產水泥時會需要消耗大量材料，而且會周圍環境造成嚴重污染，破壞生態環境[1]。而將鋼結構應用到建筑工程中，施工工藝較為簡單，可以依據具體情況，采取靈活方式進行設計，建筑設計中能夠減少材料用量，不會對生態環境造成嚴重污染。同時，鋼結構還具有自重輕、受力均勻等特點，可以調整骨架外形，以及適當組裝方式，提升鋼結構投入應用后的承載效果和抗震性[2]。

（2）施工與裝配靈活

鋼結構施工作業開展起來相對較為靈活，具體施工作業可以嚴格依據標準開展，投資小，回報快。鋼結構能夠被廣泛應用到現代建筑工程中的一項主要原因就是鋼結構可以采取靈活方式進行裝配，不會受空間、形式等各項因素影響，而且在實際施工中，可以通過工廠定制方式進行加工，自由組裝分離，能夠通過異地方式完成相應生產工作[3]。同時，在進行鋼結構組裝時，不會占用太大施工場地，可以靈活布置。

（3）不會污染環境

鋼結構與建筑行業的可持續發展理念相符，能夠避免建筑工程建設對生態環境造成嚴重污染。與傳統磚混結構相比，采取鋼結構進行建筑工程建設，能夠減少耗材，施工、生產更趨向于綠色發展理念。此外，鋼結構用料控制起來相對較為容易，只會產生少部分廢料，而且能夠循環利用[4]。

2 建筑工程中的鋼結構失穩的原因

（1）進行建筑工程中鋼結構設計時，設計人員沒有深入到施工現場對施工現場具體情況進行全面考察，未做好相應分析工作，沒有全面掌握影響鋼結構穩定性各項因素的分析，僅依靠以往的經驗和勘查資料完成相應設計工作，這也就會導致鋼結構難以達到要求標準。最終設計方案與建筑工程的整體運行存在不符，這會提高鋼結構失穩概率，一旦發生地震災害后，鋼結構將會遭受破壞，會發生坍塌、變形等嚴重事故，破壞建筑工程整體質量，無法滿足建筑工程竣工后，投入應用需求[5]。

（2）鋼結構實際人員綜合能力沒有達到要求標準，進行鋼結構設計時，沒有落實鋼結構設計規范中的各項要求，設計人員未全面掌握建筑工程鋼結構失穩原因，未針對可能出現的各項問題，采取針對性措施，一旦發生地震，鋼結構將會出現失穩，引起事故。

（3）鋼結構穩定會受防腐性、防火性等各項影響。因此，要想保證發生地震后，鋼結構能夠保持穩定，一方面要提高鋼結構自身穩定性，使其能具有較高抗震能力，另一方面還會優化鋼結構防腐性、防火性能，全面分析各項內容，做好協同設計，提高鋼結構穩定性，確保地震來臨時，鋼結構不會快速坍塌，以免引起嚴重事故，造成巨大損失。

3 改善鋼結構抗震性的重要性

3.1 直接影響人們生命財產安全

建筑工程是人們學習、工作、生活、休息的主要場所，其質量會對人們生命財產安全造成直接影響。近幾年，我國城市化進程不斷加快，城市內人口不斷增多，密度變大，一旦發生地震，將會造成嚴重損失。我國土地遼闊，一些地區位于地震帶，地震頻繁發生頻率高，為了保障人們生命財產安全，需要從實際情況入手，做好鋼結構設計，提高最終建設鋼結構的穩定性。

3.2 建筑行業不斷向前發展的需求

近幾年，我國建筑行業得到飛速發展，建筑工程不斷增多，規模不斷擴大， 這對建筑企業發展來說是一個機遇，同時也是一個挑戰。建筑企業要想發展，取得成功，必須對自身的發展需求進行明確。通過對我國建筑行業的整體發展情況來看，發展需求主要包括的內容如下：

（1）地震是一種嚴重自然災害，在一些的區域會頻繁出現，而且可能會造成嚴重危害，針對這一現象，人們對建筑工程抗震性提出了高要求，高抗震性能建筑工程在后續建筑市場發展的主流[6]。簡單來說，建筑企業在實際發展期間，建筑企業要想取得成功，從激烈市場競爭中脫穎而出，必須要提高最終建設的建筑工程抗震性，確保其能夠滿足應用要求。

（2）建筑企業需要承擔一定社會責任，主要體現在提高建筑工程抗震性上，這一防震目的是建筑行業發展時需要努力的方向，而建筑行業在這一期間，需要起到領頭作用。

4 鋼結構抗震設計方法的具體應用

4.1 抗震計算

對鋼結構抗震可以采取底部剪力方法進行計算，若鋼結構具有較高整體高度，可以采取分解反應譜法完成相應計算，獲取到精準數據。鋼結構設計人員在具體設計期間，需要針對工程所在區域內抗震要求進行明確，一般來說在4-6級抗震等級要求的地區，可以依據具體規范內的標準進行建筑設置，在實際設計期間，設計人員要全面考慮建筑工程所在區域內的地質和建筑情況，保證設抗震強度能夠達到實際標準，避免出現不合理情況。設計人員在具體工作開展時，要對建筑工程所在區域的場地類型進行全面分析，依據工程所在地區抗震設防烈強度，對抗震方法進行明確[7]。例如，針對丙類建筑，要采取降度方式對建筑工程設計方案進行處理。在對建筑工程遭受地震作用進行計算時，需要對重力荷載代表值進行計算，通過荷載標準值加活荷載組合方式，對最終荷載值進行確定。活荷載組合值系數大小為0.5，建筑工程中的具體荷載組合值的系數大小也為0.5，需要注意的是，針對建筑工程屋面部分的荷載，在進行設計時，不得將其計入其中。

4.2 確定水平地震影響系數

在對建筑工程中的鋼結構中的地震影響系數進行確定時，要全面考慮建筑工程中每一個方面，例如，建筑工程結構自振周期、設計地震分組、阻尼比等多項內容。在確定建筑工程水平地震影響系數，要對最大值進行全面分析，科學選擇各項數據，確保最終計算結果精準無誤。選擇特征周期數據期間，要依據的地震情況科學分組，對建筑工程所在區域的場地類別進行明確，若建筑工程所在區域抗震防裂度級別較高，在進行計算時，可以依據0.05s特征周期完成相應計算。

4.3 進行荷載設計

對于建筑工程中鋼結構來說，這對貫通、對稱形式結構不規則形態設計，其在具體應用時，能夠具有更好抵御扭曲變形效果。設計人員在實際設計期間，為了確保最終設計的合理性，要對明確鋼結構中的基準線，要加強對影響鋼結構穩定性因素的分析，而且要采取合理措施進行科學應對，提高鋼結構設計合理性性，確保其質量能夠達到預期，滿足應用需求[8]。同時，在實踐中要提高對遇到各種特殊情況的分析，提高設計合理性，例如，通過對不動鉸支座進行應用，能夠避免建筑工程中的梁在投入應用后，發生位移，確保梁可以在平面內進行轉動，需要注意的是，單純考慮一方面均衡鋼結構在投入應用后的局受力情況，而且還能夠避免其他各種問題的出現。因此，在實際設計期間，應當進行繞縱軸扭轉阻止構件設置，使梁端界面可以自由翹曲，保證鋼結構能夠保持穩定，減少位移等不良現象發生，確保最終計算結果精準無誤，避免在后續應用時，發生事故。

4.4 做好鋼結構防火設計

（1）全面考慮鋼結構的彈性變形，設計人員要全面分析溫度升高后鋼結構發生的膨脹現象，以及溫度降低后，鋼結構變形現象。

（2）考慮鋼結構塑性變形情況。鋼材受溫度變化影響，鋼結構一旦發生變形，可能會為永久性變形，無法恢復原狀。對于建筑工程中的鋼結構，在進行抗震設計時，要對鋼結構采用的防火涂料等級和防火材料進行明確，從具體情況出發，保證鋼結構與實際情況相符，有力控制發生地震后，火災對鋼結構造成的不良影響。

4.5 鋼結構防腐設計

鋼結構長期暴露在空氣中，鋼結構與水分、空氣相接觸會發生化學反應，會發生腐蝕、生銹等不良問題，這將會降低鋼結構性能，降低其穩定性，一旦發生地震，將會導致建筑工程發生傾斜、變形等各種不良現象，情況嚴重時會將會發生坍塌事故，危害巨大。因此，需要提高對建筑工程中采用鋼材防腐蝕的重視，做好防銹處理，以免由于銹蝕問題，降低鋼結構穩定性，導致鋼結構應用到建筑工程，穩定性差。需要相關工作人員注意的是，在對鋼結構進行防腐防銹處理時，需要加強對建筑工程所在區域地理環境、地質情況、水文等各項因素進行充分分析，全面考慮各項影響因素，全面結合經濟成本，針對鋼結構，編制防腐計劃。從目前我國建筑行業的整體發展情況來看，鋼材防腐方式主要有的非永久性涂裝和永久性涂裝兩種不同方式，非永久性涂裝要應當在后期，通過維修保養方式實現，從而使建筑工程中鋼結構整體防腐蝕性能可以得到進一步提高，滿足應用需求。

5 優化建筑工程中鋼結構抗震性的合理化建議

5.1 科學選擇建筑工程場地

在進行建筑工程建設時，為了提高建筑工程整體抗震性，保證鋼結構穩定性，減少地震造成的危害。因此，設計人員需要從實際情況入手，合理選擇建筑工程所在區域地質、水文等各項信息，針對建筑工程是否在地震區域進行明確，從而選擇合理鋼結構建筑場地。此外，如果鋼結構建筑被建設在地質較為復雜區域，相關工作人員要深入現場，對該區域以往發生的各種地質災害進行全面研究，總結過去的經驗，以此為依據，完成應對方案編制作業，優化抗震結構，最大程度減低地震發生后，對于鋼結構造成的破壞。

5.2 科學選擇鋼結構類型

現代建筑工程中的鋼結構具有多元且豐富抗震體系，在對鋼結構建筑的具體類型時，作為設計人員要從實際情況出發，對建筑采用的材料，以及高度、規模各項內容進行確定，選擇合理施工工藝開展相應施工作業，保證建筑工程采取的鋼結構類型與當地抗震等級能夠保持一致，同時，也能夠為后續鋼結構建筑建設提供有利條件。

5.3 合理設計抗震裝置與措施

進行鋼結構設計時，要提高對鋼結構中關鍵節點和重點構件的關注，對鋼結構中各項的細節的優化，使建筑工程中的鋼結構在投入應用后的抗震性能能夠得到進一步提高，將地震自然災害帶來的各種風險因素都能夠降到最低，減小地震危害。與此同時，相關工作人員還要加強對減震各隔震技術的研究，做好相應優化工作，從而使建筑工程中鋼結構抗震能力能夠達到進一步提高，優化整個鋼結構體系。例如，在建筑工程鋼結構設計期間，可以在對建筑工程整體情況進行合理分析基礎上，選擇符合需求的阻尼器，對其進行應用，進行減震構件設計，確保在發生地震災害時，建筑工程中的構件能夠消耗和吸收地震產生的能量，從而達到消減地震，減小地震危害效果。

5.4 做好施工材料選擇

建筑工程中的鋼結構采用的材料性能會對最終建設的建筑工程整體質量造成直接影響。從目前我國建筑行業的整體發展情況來看，建筑市場上的施工材料質量參差不齊，采購施工材料時，采購人員對于材料質量和性能的了解不深，材料進入施工現場時，對材料的抽樣檢查、保管等各項操作不到位，這會導致應用到建筑工程中的材料質量不達標。可見，要從材料采購、檢查、保管、質量控制等多個方面入手，保證采用的材料能夠滿足建筑工程中鋼結構的要求。同時，設計人員要鋼結構受力情況進行分析，全面檢查鋼材整體受力情況，做好檢查相應檢查工作。此外，還要依據實際情況，選擇符合實際情況的焊接工藝，加強對焊接質量的檢查，保證不同構件可以科學連接到一起，若發生地震，能夠快速分散力，提高鋼結構承載力，保證建筑工程的抗拉能力、抗壓能力都能夠達到要求標準，確保結構受力均衡。

6 結語

為了提升鋼結構整體抗震能力，要通過對鋼結構整體設計情況進行全面分析，合理優化設計，做好鋼結構抗震計算、場地選擇、鋼結構抗震類型選擇等各項內容分析，保證抗震設計能夠達到預期目標，提高建筑工程整體穩定性。