阐述高层钢结构性能目标的建立

王爽　石峰

【摘要】根据某高层建筑钢结构的模型，对其抗震性能和抗破坏特征进行分析，阐述高层钢结构在选型、布置、节点连接处的设计要点，促进钢结构性能的有效提升，并根据建筑物的重要程度和使用要求，建立具体的高层钢结构性能目标，希望高层钢结构的抗震性能够得到显著的提升。

【关键词】高层建筑；钢结构；性能目标；稳定性

高层建筑的钢結构是将钢材通过工艺手段制造成建筑构件，高层钢结构应用到高层建筑物中，会使建筑物的抗震强度和稳定性得到极大的提升，并为建筑物的使用提供极大的安全保障。高层钢结构的性能要保证在受到地震危害时，实现有效的减震功能，避免建筑物受到过大的破坏，所以高层钢结构性能目标的建立首先要保证的就是抗震性能达到标准。根据现有的地震灾害案例以及钢结构模型，对高层钢结构的抗震性能进行分析，建立起完善的钢结构性能目标。

一、高层钢结构的抗破坏性能和抗震性能

我国钢结构的设计发展比较晚，已经建立完成的高层建筑钢结构还没有经历过大型地震灾害的破坏。所以钢结构模型主要选取国外的钢结构模型进行分析，研究地震灾害后钢结构的整体破坏，对钢结构的抗震性能和抗破坏进行总结。

地震灾害会对高层建筑的钢结构造成稳定性丧失、节点破坏的问题，但是不会导致建筑物的整体倒塌。节点破坏是因为钢结构的节点受到地震反复荷载的影响，出现脆性断裂的现象。钢结构的节点是力量传输的关键部位，所以在地震灾害发生时，钢结构的节点应力就会集中起来，对节点造成破坏，钢结构在受到地震灾害时还会出现连接板的损坏。钢结构在受到强震影响时，主体构件和节点都会进入到屈服状态，使钢结构主体受到保护，避免主体结构的破坏程度过高，导致建筑倒塌。但是总体来看，高层钢结构的整体性能还是比较好的，具体的抗震能力还是和构件、节点的连接相关。

二、高层钢结构性能目标设计和建立时需要注意的问题

（一）保证钢结构的稳定性

在高层建筑中应用钢结构主要是为了保证建筑结构的稳定性，所以在性能目标设计和建立的过程中要加强对节点和构件连接的测算，控制钢结构的荷载、抗震和抗破坏参数，避免钢结构设计完成后引发稳定性问题。

（二）保证钢结构在高层建筑中应用的经济性

钢结构在高层建筑中的应用是一种比较新的观念，钢结构的应用会导致高层建筑的设计建造成本得到一定比例的提升，所以在保证钢结构稳定性的前提下，控制好钢结构设计和建立的经济性，对钢结构的设计和建立的材料性能进行控制，避免高层建筑的建设成本过高。

（三）高层建筑钢结构的防火性

高层钢结构在高温环境下可能会出现结构变形的情况，所以在钢结构性能目标建立时要注意钢结构的防火性，在设计过程中，降低结构的膨胀系数，并对钢结构建立的材料进行筛选，避免高热环境中，结构膨胀爆裂的现象发生，而且钢结构中的电路要与构件保证一定的距离，避免电路碰到钢结构上出现放电现象，影响钢结构的防火性。

（四）高层钢结构的环保性

高层钢结构是建筑工程中的一种新型结构，所以该结构性能目标的建立要保证其环保性，这样才能促进高层钢结构的应用。确保高层钢结构可以与周围环境有效的融合，促进钢结构的开发和利用。

三、高层钢结构性能水准的划分和量化

（一）高层钢结构性能水准的划分

高层钢结构的性能水准包括结构的抗震性、抗破坏性等等，而钢结构的性能水准受到结构强度、节点裂缝、结构变形的影响，所以把钢结构的性能水准划分为几个级别，分别是性能良好、性能微损、性能损伤、性能破坏和性能丧失。在性能良好和微损级别，主要是个别的构件出现了轻微的变形现象，在这种性能水准内，钢结构的整体结构功能基本不会受到影响，也不用对结构进行修补；在性能损伤的级别时，结构整体功能受到了影响，但损伤部位是可以修复的，在修理之后钢结构还是可以继续应用；在结构破坏级别，钢结构会出现较大的变形，而且在节点出会出现大量的裂缝，影响了整体结构的性能，建筑中的人员安全不能得到有效的保证；性能丧失级别整个钢结构已经没有修复的可能，需要及时对此钢结构进行拆除，避免造成严重的安全事故。

（二）高层钢结构性能的量化

在对钢结构的性能进行量化时，需要结合钢结构的强度、变形情况、承重负载以及疲劳周期等进行综合量化，量化过程不能由单一的参数来决定，要结合多个参数对性能目标进行量化，保证钢结构在应用过程中的安全。

在性能水准为良好和微损级别时，整个结构基本没有受到破坏，所以可以选择变形极限来作为该级别的性能目标量化标准。

在性能水准为损坏时，钢结构在遇到中等破坏或者中震情况时，是可以修复的，所以可以选择结构的弹性塑性来对性能目标进行量化。

在性能水准处于破坏或者丧失级别时，主体结构已经受到了比较大的损伤，而且部分结构已经不能使用，所以量化时可以按照结构的变形位移来进行量化。

（三）高层钢结构性能目标的建立

高层钢结构性能目标的建立要以建筑物的抗震防范水准为基础，在小震过后，高层钢结构大部分要保持在性能完好的状态，不需要对钢结构进行修复和补充；在中震的情况下，可以有微损和损害的情况发生，但是不能出现钢结构性能丧失的现象，在短期的修补之后，建筑物可以继续投入使用；在大震情况下，建筑结构的性能可以遭到破坏，但是不能造成严重的安全事故和经济损失。

结论：

高层建筑钢结构性能目标的建立可以让建筑物的抗震性能更加明确，避免了性能目标不清晰使建筑物在受到地震灾害时造成严重的安全事故和经济损失，对钢结构在各个性能水准下的破坏程度进行描述，并对性能目标进行量化。利用钢结构的性能水准进行性能目标的建立，可以反映出高层建筑钢结构不同的抗震级别，实现建筑结构安全性的提升。

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