建筑鋼結(jié)構抗震設計及運用淺析

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【摘要】為保證地震災害發(fā)生時，災害對建筑的影響被控制在最低，需要做好建筑結(jié)構的抗震設計。鋼結(jié)構是現(xiàn)代建筑的常用結(jié)構，對鋼結(jié)構抗震設計展開研究，會對建筑結(jié)構抗震設計研究產(chǎn)生積極影響。論文介紹了建筑鋼結(jié)構的基本情況，闡述了鋼結(jié)構穩(wěn)定性的影響因素，并在此基礎上對結(jié)構的抗震設計及其應用展開分析。

【關鍵詞】鋼結(jié)構；抗震設計；建筑

1引言

地震災害會對建筑物的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響，如果建筑物的抗震等級沒有達到要求，就會發(fā)生斷裂，甚至是倒塌等問題，對人們的生命財產(chǎn)安全造成直接威脅。為有效提高建筑物在地震災害中的抵抗能力，設計人員加大了對抗震設計的研究，并著重對鋼結(jié)構的抗震設計內(nèi)容展開了相關分析與研究。

2建筑鋼結(jié)構及結(jié)構抗震設計重要性

鋼材料具有質(zhì)量輕及彈塑性理想等方面的優(yōu)勢，機械性能較為突出，在建筑行業(yè)中有著廣泛應用。隨著鋼結(jié)構的大量應用，其具備的良好抗震性能也逐漸顯現(xiàn)出來了，得到了設計方與施工方的青睞。在對鋼結(jié)構進行設計的過程中，可以按照國家規(guī)范展開結(jié)構抗震設計，明確抗震結(jié)構的設置方式和方法，以便最大限度地對結(jié)構的安全性進行保障[1]。在相同載荷工況中，采用鋼結(jié)構能使構件的厚度更薄且截面尺寸更小，其優(yōu)勢在鋼結(jié)構施工中能得到充分的體現(xiàn)，但鋼結(jié)構也存在著穩(wěn)定性較差的不足，容易出現(xiàn)結(jié)構失穩(wěn)的問題。為保證對該項問題進行妥善處理，實現(xiàn)理想化的鋼結(jié)構應用模式，需要通過對單個構件進行分析，對整體結(jié)構的穩(wěn)定性展開推演，做好簡化計算，從而科學展開整體鋼結(jié)構的設置。設計人員在進行鋼結(jié)構的設計過程中，需要做好梁柱的設計，應對結(jié)構中構件的相互影響關系展開研究，確定是否存在結(jié)構失穩(wěn)問題。

3鋼結(jié)構穩(wěn)定性設計的影響因素

對鋼結(jié)構整體穩(wěn)定性設計產(chǎn)生影響的因素較多，本文將重點對非線性因素展開分析。影響鋼結(jié)構承載能力的非線性因素主要有以下4個方面：1）幾何非線性。在結(jié)構加載過程中存在旋轉(zhuǎn)過大以及位移過大的問題，在對屈曲等問題進行處理時，小變形幾何方程并不適用[2]。需要在問題處理過程中對材料非線性進行研究，需要將有位移二次方的項融入大位移以及旋轉(zhuǎn)問題的研究中，對變形平衡問題進行充分考量，禁止出現(xiàn)對線性方程進行簡化的狀況。2）初始缺陷。在具體進行鋼結(jié)構設計的過程中，可能會因為結(jié)構出現(xiàn)的各種缺陷，對結(jié)構承載能力以及穩(wěn)定性造成不良影響。一般以偏心值和初始彎曲等幾何缺陷為主，初始缺陷與鋼筋力學參數(shù)以及初始應力參數(shù)等有著密切關聯(lián)。3）殘余應力。鋼結(jié)構中的殘余應力會導致結(jié)構出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，屈曲載荷發(fā)生改變的狀況，但不會對歐拉臨界載荷產(chǎn)生干擾。因為應力存在會使壓彎構件出現(xiàn)屈服強度過小的狀況，會造成變形過大以及剛度下降的問題，會在沒有達到預定載荷數(shù)值時，出現(xiàn)屈服狀況，進而造成承載能力下降，二階效應出現(xiàn)增加的情況。4）彎扭失穩(wěn)。為保證鋼結(jié)構極限承載能力計算的精準度，需要在進行結(jié)構設計的過程中對材料非線性以及幾何非線性等內(nèi)容展開深入分析，以便制訂出最佳的結(jié)構設計方案。對結(jié)構產(chǎn)生影響的幾何非線性因素主要包括P-δ效應與P-△效應2部分內(nèi)容。構件彎曲與構件剛體旋轉(zhuǎn)會直接完成2個效應。P-△效應與鋼構架結(jié)構穩(wěn)定性有密切關聯(lián)，如果沒有出現(xiàn)不同二階效應，鋼構件幾何非線性由P-△效應進行控制。對于多層建筑鋼結(jié)構而言，P-△效應是結(jié)構在水平力的作用之下，出現(xiàn)水平橫向位移狀況，導致載荷發(fā)生偏心問題，進而產(chǎn)生額外彎矩。在彎矩的作用下，會出現(xiàn)結(jié)構橫向位移進一步增大的狀況，非對稱結(jié)構會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)問題，會因為扭轉(zhuǎn)問題的作用，導致抗側(cè)力構件發(fā)生偏心問題，從而導致扭矩增加。如果豎向荷載與橫向增加內(nèi)力能夠處于平衡的狀態(tài)，結(jié)構也會保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，反之就會發(fā)生失穩(wěn)問題。因為高層鋼結(jié)構框架結(jié)構縱橫方向的距離相對較大，容易在地震以及強風的影響下，出現(xiàn)水平位移，所以會直接造成豎向的二階效應失穩(wěn)問題。鑒于此，在進行設計的過程中，需要對位移產(chǎn)生附加水平力的影響展開分析與研究。鋼結(jié)構框架結(jié)構要比鋼筋混凝土框架結(jié)構的截面積更小，所以其靈活度也會更高，需要更加注重其穩(wěn)定性。如果建筑物層數(shù)相對較多且設防烈度相對較高，可能會因為地震的作用而產(chǎn)生較大橫向位移，會直接造成框架結(jié)構的幾何形狀發(fā)生明顯改變的狀況。

4鋼結(jié)構技術規(guī)程的抗震設計與應用

4.1抗震計算方式

可運用底部剪力方法，對鋼結(jié)構展開抗震計算。如果結(jié)構的整體高度相對較高，則需要用分解反應譜法進行計算?？拐鸱桨冈O計需要滿足地區(qū)的具體抗震要求，一般抗震等級在4~6級時，需要按照地區(qū)的具體抗震要求展開科學設計，結(jié)合建筑物自身情況以及地質(zhì)等情況合理展開設置，確保建筑整體抗震強度能夠達到實際需求的標準。設計人員還需要對建筑場地的類型展開分析，需要按照地區(qū)抗震設防烈度的具體情況，科學展開抗震設計。但需要注意的是，如果建筑屬于丙類建筑，需要在原有基礎上進行降度處理。進行地震作用計算時，在對選用重力荷載代表值進行計算的過程中，需要將恒荷載標準值以及活荷載組合值相加，其中活荷載的組合值系數(shù)為0.5，各結(jié)構具體活荷載組合值系數(shù)也為0.5，屋面部分的活荷載數(shù)值并不記入其中[3]。

4.2水平地震影響系數(shù)確定

在對結(jié)構地震影響系數(shù)進行確定的過程中，需要按照結(jié)構自振周期、阻尼比以及設計地震分組等各項情況，做好分析與判斷[4]。在進行系數(shù)研究的過程中，對其最大值進行分析，通過對數(shù)據(jù)的合理選取，保證最終計算結(jié)果的精準度。在對特征周期數(shù)據(jù)進行選擇的過程中，需要按照地震情況實施分組，做好工程場地類別的劃分以及確定工作。如果場地的抗震設防烈度級別相對較高，一般計算時的特征周期都會設置為0.05s。

4.3鋼結(jié)構設計要求分析

在進行鋼結(jié)構設計的過程中，需要做好衰減指數(shù)的分析與研究，根據(jù)相應的方程式展開計算操作[5]。需要通過對阻尼比以及降斜率等各項參數(shù)的合理計算，完成最終的衰減指數(shù)的計算，并要根據(jù)公式展開調(diào)整系數(shù)以及阻尼調(diào)整系數(shù)的計算，明確調(diào)整系數(shù)以及阻尼調(diào)整系數(shù)的具體情況。通過對建筑鋼結(jié)構技術規(guī)程的抗震設計的分析可以發(fā)現(xiàn)，如果建筑的抗震等級為Ⅵ，并不需要對其地震作用進行計算，也不需要展開抗震截面的計算工作，只需要保證所有設計能夠滿足抗震工作的具體要求即可[6]。

5鋼結(jié)構抗震性能提升建議

5.1做好建筑場地的選擇

為保證鋼結(jié)構建筑的抗震性能能夠達到預期，需要做好鋼結(jié)構建筑的建設地址選擇。一方面需要對各地的具體情況展開分析，明確地區(qū)是否處于地震帶，掌握地質(zhì)以及水文等各項信息，以便在此基礎上選擇最優(yōu)的施工地址，保證鋼結(jié)構的性能；另一方面，如果需要在復雜地區(qū)進行建設，需要對該地區(qū)的災害發(fā)生情況以及以往歷史等各項情況展開研究，要在此基礎上制訂出較為詳細的應對方案，并將其融入抗震結(jié)構設計之中，以便最大限度降低地震災害對鋼結(jié)構所產(chǎn)生的不利影響，保證民眾的居住安全[7]。

5.2合理選擇鋼結(jié)構類型

由于鋼結(jié)構的抗震體系并不屬于單一類型，種類較為豐富且較為多元化，所以在進行鋼結(jié)構建筑的施工過程中，需要按照建筑施工所使用的材料以及鋼結(jié)構建筑的實際高度，對相關的施工工藝展開科學選擇[8]。應保證所選擇的鋼結(jié)構類型能夠與具體的抗震等級要求相符合，可對施工活動順利開展形成有效促進作用，從而為后續(xù)各項操作的高質(zhì)量開展奠定良好基礎。

5.3抗震裝置以及抗震措施的設計

鋼結(jié)構抗震設計過程中，要加大對重點工程的重視力度，做好設計，以便達到提高房屋建筑整體抗震等級的目標，最大限度減少地震災害對建筑造成的不良影響。同時，需要加大對減震隔震技術的研究以及優(yōu)化力度，需要通過對技術的科學應用，在切實提升房屋建筑抗震能力的同時，達到對整體建筑結(jié)構體系進行優(yōu)化的目標[9]。可通過對阻尼器的合理應用，將其科學設置在構件之上，使其按照自身的變形程度對地震所帶來的能量形成有效吸引與消化，減少地震在結(jié)構上的作用。

6結(jié)語

設計人員需要認識到鋼結(jié)構抗震設計對于建筑結(jié)構安全使用的重要性以及必要性，需要加大對抗震設計方式方法的研究力度。不僅要按照場地的具體情況，做好場地地址選擇以及鋼結(jié)構抗震類型選擇，同時還要科學展開鋼結(jié)構的抗震計算等各項操作，保證鋼結(jié)構的抗震設計能夠達到預期目標，能夠?qū)崿F(xiàn)對鋼結(jié)構建筑抗震性能的切實強化，從而保證建筑物使用的安全性以及穩(wěn)定性，為民眾的安全使用創(chuàng)造更加理想的建筑空間環(huán)境。

作者:官斌斌 郭炳乾 張寶 侯斌 王敬森 單位:中國建筑第二工程局有限公司華南分公司