建筑鋼結構抗震設計及運用淺析

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

【關鍵詞】鋼結構；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定性產生嚴重影響，如果建筑物的抗震等級沒有達到要求，就會發生斷裂，甚至是倒塌等問題，對人們的生命財產安全造成直接威脅。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，并著重對鋼結構的抗震設計內容展開了相關分析與研究。

2建筑鋼結構及結構抗震設計重要性

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

3鋼結構穩定性設計的影響因素

對鋼結構整體穩定性設計產生影響的因素較多，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。在結構加載過程中存在旋轉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問題的研究中，對變形平衡問題進行充分考量，禁止出現對線性方程進行簡化的狀況。2）初始缺陷。在具體進行鋼結構設計的過程中，可能會因為結構出現的各種缺陷，對結構承載能力以及穩定性造成不良影響。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以及初始應力參數等有著密切關聯。3）殘余應力。鋼結構中的殘余應力會導致結構出現扭轉，屈曲載荷發生改變的狀況，但不會對歐拉臨界載荷產生干擾。因為應力存在會使壓彎構件出現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值時，出現屈服狀況，進而造成承載能力下降，二階效應出現增加的情況。4）彎扭失穩。為保證鋼結構極限承載能力計算的精準度，需要在進行結構設計的過程中對材料非線性以及幾何非線性等內容展開深入分析，以便制訂出最佳的結構設計方案。對結構產生影響的幾何非線性因素主要包括P-δ效應與P-△效應2部分內容。構件彎曲與構件剛體旋轉會直接完成2個效應。P-△效應與鋼構架結構穩定性有密切關聯，如果沒有出現不同二階效應，鋼構件幾何非線性由P-△效應進行控制。對于多層建筑鋼結構而言，P-△效應是結構在水平力的作用之下，出現水平橫向位移狀況，導致載荷發生偏心問題，進而產生額外彎矩。在彎矩的作用下，會出現結構橫向位移進一步增大的狀況，非對稱結構會出現扭轉問題，會因為扭轉問題的作用，導致抗側力構件發生偏心問題，從而導致扭矩增加。如果豎向荷載與橫向增加內力能夠處于平衡的狀態，結構也會保持相對穩定的狀態，反之就會發生失穩問題。因為高層鋼結構框架結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，出現水平位移，所以會直接造成豎向的二階效應失穩問題。鑒于此，在進行設計的過程中，需要對位移產生附加水平力的影響展開分析與研究。鋼結構框架結構要比鋼筋混凝土框架結構的截面積更小，所以其靈活度也會更高，需要更加注重其穩定性。如果建筑物層數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生較大橫向位移，會直接造成框架結構的幾何形狀發生明顯改變的狀況。

4鋼結構技術規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，對鋼結構展開抗震計算。如果結構的整體高度相對較高，則需要用分解反應譜法進行計算。抗震方案設計需要滿足地區的具體抗震要求，一般抗震等級在4~6級時，需要按照地區的具體抗震要求展開科學設計，結合建筑物自身情況以及地質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為0.5，各結構具體活荷載組合值系數也為0.5，屋面部分的活荷載數值并不記入其中[3]。

4.2水平地震影響系數確定

在對結構地震影響系數進行確定的過程中，需要按照結構自振周期、阻尼比以及設計地震分組等各項情況，做好分析與判斷[4]。在進行系數研究的過程中，對其最大值進行分析，通過對數據的合理選取，保證最終計算結果的精準度。在對特征周期數據進行選擇的過程中，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鋼結構設計要求分析

在進行鋼結構設計的過程中，需要做好衰減指數的分析與研究，根據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的合理計算，完成最終的衰減指數的計算，并要根據公式展開調整系數以及阻尼調整系數的計算，明確調整系數以及阻尼調整系數的具體情況。通過對建筑鋼結構技術規程的抗震設計的分析可以發現，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

為保證鋼結構建筑的抗震性能能夠達到預期，需要做好鋼結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，明確地區是否處于地震帶，掌握地質以及水文等各項信息，以便在此基礎上選擇最優的施工地址，保證鋼結構的性能；另一方面，如果需要在復雜地區進行建設，需要對該地區的災害發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，并將其融入抗震結構設計之中，以便最大限度降低地震災害對鋼結構所產生的不利影響，保證民眾的居住安全[7]。

5.2合理選擇鋼結構類型

由于鋼結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，從而為后續各項操作的高質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，達到對整體建筑結構體系進行優化的目標[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，減少地震在結構上的作用。

6結語

設計人員需要認識到鋼結構抗震設計對于建筑結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構抗震類型選擇，同時還要科學展開鋼結構的抗震計算等各項操作，保證鋼結構的抗震設計能夠達到預期目標，能夠實現對鋼結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定性，為民眾的安全使用創造更加理想的建筑空間環境。

【參考文獻】

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[4]張磊.抗震設計在鋼結構橋梁中的應用探索[J].交通世界,2021(12):136-137.

[5]齊軍帥,楊書杰,陳琛,等.高強鋼結構抗震性能分析及經濟性評價[J].建筑結構,2021,51(7):73-77.

[6]謝波.不規則鋼結構基于不同支撐下的地震響應分析[D].合肥:安徽建筑大學,2021.

[7]錢建偉.不規則高層鋼結構抗震性能分析[D].合肥:安徽建筑大學,2021.

[8]康杰.鋼結構抗震設計方法探討[J].工程建設與設計,2021(2):29-30.

[9]馬倩玲,徐振宇,劉澤宇.低層裝配式鋼結構住宅結構體系的對比研究[J].建設科技,2021(2):31-34.

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