钢结构抗震分析与优化设计解析

岑姿霖

摘 要：随着城市化建设的不断推进，人们生活质量的不断提高，对建筑的安全性提出了更高的要求，国家为保障钢材安全性能，不仅制定出台相应的强制性国家标准，并对提高钢材安全性能，进行了大量卓有成效的研究和科研攻关，使得钢材性能得到进一步的提升，为建筑工程用材作出巨大贡献。间接的增强建筑的稳定性以及抗震性，为人们的生命财产安全提供重要的保障。相对于其他建筑结构来说，钢结构虽然具有更强的抗震能力，但对抗震设计的要求也相对更高，且容易受到多方面因素的影响。为此，本文简单阐述了抗震概念设计，并对钢结构抗震以及抗震优化设计进行分析。

关键词：钢结构;抗震设计;优化设计

引言

由于钢结构具有强度高、装配化程度高、塑形强、绿色节能、自重轻以及韧性强等多个优势特征，在建筑行业得到了广泛应用，亦受到诸多建筑师的青睐。同时，在党和政府的高度重视下，通过制定出台一系列技术操作规范标准等支持和扶持政策，促进了钢结构工程的科学快速发展。

由于我国处于多条地震带上，导致地震灾害频发，对人民的生命和财产安全带来了极大的威胁，所以对钢结构抗震设计进行深入分析，不仅有助于行业健康发展，更对保障人民群众安居乐业有着重要意义。

1 抗震概念设计

抗震概念设计主要是指：根据以往的工程经验和地震灾害情况所形成的设计思想、设计原则，并依据这些原则和理念对建筑结构的竖向以及平面进行布置，并对这一过程进行精细化改进和完善的设计过程。

在《建筑抗震设计规范》中对所有建筑提出了具体的要求和规定：一是在设计中，应该保证结构具有科学合理的地震作用传递途径以及清晰明确的计算简图，以保障结构抗震性能的充分发挥。二是应该充分考虑整体结构的完整性和可靠性，以免因部分构件或结构的破坏状况，致使整个结构的负荷承载能力或者抗震能力受到不良影响。三是应该针对可能存在或出现的薄弱位置进行及时的强化和加固，以确保结构的抗震性能。四是结构应该具备良好的地震能量消耗能力以及变形能力，以提升结构的抗震效果。

因此，在进行实际的设计工作中，设计师应该严格按照这些原则和规定进行结构布置，并确保结构计算中重要控制性指标的准确性，将其偏差控制在合理的范围内，从而保证计算结果的可靠性，

2 钢结构震害分析

就钢结构破坏来说，主要分为整体破坏和局部破坏两种，而钢结构的破坏形式主要包含了以下三个方面。

第一，竖向支撑的局部或整体失稳。在地震力会增强支撑构件的轴向力，当超过临界点时则会引发失稳的现象。在梁柱翼缘多发生局部失稳，主要是因为截面尺寸构造没有符合规范的要求，从而产生破坏现象。

第二，柱脚破坏。该破坏形式主要是因为地脚埋深没有符合计算的要求，存在混凝土短柱配筋不足、柱脚抗剪键设计有误差等问题，致使柱脚出现混凝土破碎或柱脚拔的状况，导致柱脚破坏。

第三，结构坍塌。该破坏形式主要是因为其竖向刚度分布缺乏一定的均匀性和规则性，致使楼层的承载力产生突变，引起结构的坍塌。

第四，梁柱节点破坏。节点破坏是发生次数最多的破坏形式，原因主要以施工中焊接不规范、螺栓连接不紧密、构造设计不合理等问题为主，造成梁柱节点处出现受力不均或应力集中的状况，在地震力的作用下导致其出现、焊接脱落、脆性断裂等现象。

3 钢结构抗震优化设计

3.1 合理选址

以往发生过的历次地震数据表明，建于地震断裂带上的建筑带来严重的破坏后果，对人们的生命财产安全存在着严重的威胁。因此，针对工程建设的选址应该结合地震的活动情况与工程的实际需求着手进行，并对危险地段以及不利于抗震的区域进行综合性的分析，在无法避开时需要采取有效的措施，提高建筑结构抗震性能。

3.2 合理选材

建筑工程建设所使用的钢结构材料主要以钢材以及连接性材料为主，而材料性能和质量的好坏与钢结构的稳定性以及可靠性之间存在着紧密的联系，直接关系着钢结构建筑物的安全性和抗震性。因此，设计时，应该对荷载特征、结构形式、连接方式等方面进行综合性的考虑，选用最为合理、恰当的材料，从而为结构的抗震性、可靠性提供保障。

3.3 合理设计

首先，需要保证计算模型的合理性，将结构的受力状态真实、客观的模拟出来。针对结构较为复杂的建筑，可以利用有限元模型进行分析，同时还要应用至少兩个不同的力学分析软件进行相应的计算。其次，计算简图根据实际受力进行简化。再次，针对局部受力比较复杂的构件，用应力分析校核结果。最后，对软件分析得出的结果进行必要的检验，以确保其合理性和准确性。

3.4 节点设计

第一，柱脚节点设计。一般情况下，柱脚主要分为埋入式柱脚、外包式柱脚以及外露式柱脚三种类型。在抗震设计中，采用埋入式柱脚更为适合。该柱脚多用于独立基础、桩承台等方面。应根据计算，满足结构要求确定柱脚的埋入深度，因为柱底弯矩以及剪力的递传主要是通过混凝土来实现，所以应该确保其周边混凝土保护层的配筋量以及厚度符合规定和要求。

第二，梁柱节点设计。梁柱连接可以分为两种，既刚性连接和铰接。对于刚性连接，一般情况下，梁柱的连接多采用的是全焊接、栓焊混合、带悬臂梁的栓焊混合以及带悬臂梁的全螺栓连接等方式。这种连接方式较为简单，且便于安装，可以确保结构的安全性。在抗震设计中，要求强节点弱构件，该连通方式可以通过在梁上下翼缘处增加盖板或者楔形板的方式提高焊缝的厚度与长度，进而提升构件的稳固性。对于铰接，梁柱连接多是通过螺栓对柱翼缘与梁腹板进行连接。为了确保节点设计的合理性，连接方式的选择需要根据要求和规定来确定;为确保构造与计算假定的统一性，应该在螺栓失效和焊缝屈服前先使连接板受剪屈服;为确保梁端具有足够的转动能力，需要注重对连接钢板厚度的控制，保持钢柱与梁端间的缝隙。

4 结语

随着建筑行业的快速发展，对钢结构的应用也越来越多，而建筑与人们的生命财产安全之间存在着紧密的联系，所以，应该注重钢结构抗震设计的合理性和规范性。结构设计师在实际的设计工作中，需要对各类地震灾害进行全面详细的分析，不断总结经验，明确设计思路，并对设计进行不断的完善和优化，从而为人们的生命财产安全提供重要的保障作用。

参考文献

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