钢结构抗震设计的探讨

孙亚君

摘要：钢材基本属于各向同性的均质材料，且轻质高强、延性好，是一种很适合于建筑抗震结构的材料。但是，钢结构房屋如果设计与制造不当，在地震作用下，可能发生构件的失稳和材料的脆性破坏或连接破坏，使钢材的性能得不到充分发挥，造成灾难性后果。因此，钢结构房屋的抗震设计就显得非常重要和必要。

关键词：钢结构；抗震；设计

1钢结构抗震结构体系

在钢结构建筑中常见的结构体系有框架一偏心支撑结构、框架一中心支撑结构和框架结构等。纯框架钢结构具有延性好，抗震性能好的特点，但是由于它的抗侧刚度比较差，不适用于层数太高的建筑当中。框架-中心支撑结构的抗侧刚度大，适用于层数较多的钢结构建筑，但是由于支撑构件的滞回性能较差，耗散的地震能量比较有限，其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构可以通过偏心连梁的剪切屈服，耗散地震的能量，同时又可以保证支撑不丧失其整体稳定，它的抗震性能优于框架一中心支撑结构。

2影响钢结构抗震设计的因素

2.1节点连接的破坏影响

节点是钢结构中非常重要的组成部分，也是决定其抗震效果的关键因素，一些建筑物发生倒塌，很大一部分原因就是当发生地震时，节点遭到破坏，进而导致整个钢结构出现变形坍塌。但是节点设计相对复杂，需要充分考虑到各部分结构的连接状况，根据不同的建筑物钢结构的整体连接情况也有所不同。而现如今就存在这样一个问题，在进行节点设计时相关设计单位或设计人员没有结合钢结构在建筑物中的实际使用情况，以及周围的地势环境情况等，对节点设计工作的调查及准备不够充分，进而使得设计效果出现失误，在实际使用过程中必然也会影响到钢结构抗震性能。

2.2构件的破坏影响

构件的破坏主要有支撑杆件的整体与局部失稳和钢柱脆性断裂，前者是因为在进行建造时组成支撑构件的板件较为宽厚，使得在整体出现失稳时局部也会出现失稳的现象，从而造成了断裂层的破坏，后者主要在钢柱拼接焊缝附近会产生一定钢柱断裂，另外钢柱是长期暴露在室外，特别是在寒冬，就会使得钢柱焊缝附近的延展性有所降低，进而会在地震时容易发生钢柱脆性断裂现象。

2.3施工材料及技术的影响

钢结构是由多个部分共同组成的，所以需要考虑到不同部分的质量以及组合到一起后的整体效果，这就会涉及到施工技术和施工材料。不难理解，施工材料质量差就会影响到该部分结构的质量，进而影响到整个钢结构的使用效果，然而施工材料质量差是一种非常普遍的现象，还需要采取相应措施进行改善。

2.4结构的倒塌破坏影响

早些年墨西哥发生的大地震中，墨西哥市的某个综合大楼的3个22层的钢结构塔楼之一发生倒塌，其余2栋钢结构塔楼也发生了严重破坏，其中1栋已经接近倒塌。这3栋塔楼的结构体系都是框架-支撑结构。有关分析证明，塔楼发生倒塌或者严重破坏的主要原因，是因为纵横向垂直支撑偏位设置，从而导致刚度中心和质量重心相距太大，所以在地震中产生了较大的扭转效应，致使钢柱的承载力小于作用力，引发了3栋相同的塔楼发生了严重破坏甚至倒塌。

3完善钢结构抗震设计的方法

3.1完善节点设计

完善节点设计是当前相关行业所必须要做的一项工作，具有较大的难度，对于设计人员的要求比较高。因为节点是起到连接整体钢结构、固定和支撑的作用，所以在设计时需要考虑到的因素比较多，首先需要考虑到钢结构的整体构架，包括各种材料及结构之间的搭配情况，选择合适的位置设置节点。还需充分考虑到钢结构在建筑物中应当起到的作用，除了抗震效果之外，还有其他多种性能，注重建筑物的整体使用质量。因为所处地理环境会对建筑物的使用造成很大程度上的影响，再加上不同类型的建筑物其构造有所不同，因此需要将上述内容与建筑物的整体构造情况进行充分的结合，进而对钢结构进行合理的设计，再落实到节点设计上。

3.2选择对建筑抗震有力的场地和地基

针对每一块的建筑并不能都进行抗震设计，这样反而会产生负面的影响，所以在对建筑进行抗震结构设计时要选择合理的且对抗震有力的场地和地基，这对建筑抵抗地震有一定的作用。另外钢结构对地震反映取决于钢结构的震害，一般来说会选择一些坚硬的中硬场地作为建筑中抗震设计的场地或者地基，这样可以增加建筑对地震的抵抗能力，如果在建筑的时候无法避开一些较为薄弱的场地，这时候一般会采取一定的补救措施。

3.3加强对施工材料和技术的控制

保障钢结构的质量以及抗震效果必然需要加强对施工材料和技术的控制，因此结合材料市场的实际情况，需要加强管理，降低劣质材料进入市场的几率，同时施工单位在选择材料时也需提高要求，不能购买劣质材料。

3.4选择合理的抗震结构体系

（1）具有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径。（2）结构应该具有多道抗震防线：简单来说，就是将抗震钢结构设置成多道抗震防线，这样使得抗震结构具有良好的坚韧性和较高的强度、刚度，其次，抗震体系应有最大可能数量的内部以及外部富余度，能在结构适当部位有意识地建立起有利的屈服区以使结构既能吸收和耗散大量地震能量，万一破坏易于修复。

3.5选择合理的结构总体布置

目前对于建筑的设计不仅要考虑到实用，更多地要关注建筑形状和材料对抗震结构的影响。一般的钢结构建筑大部分形状简单、结构规则，主要是因为这样的钢结构建筑在受到地震破坏时，破坏程度较轻，所以在进行钢结构抗震设计时要求建筑的形状不仅规则而且结构要求对称，这样可以在一定程度上减小刚度中心与质量中心的距离。

4结束语

综上所述，钢结构的抗震设计在建筑中起着重要的作用，它所涉及的方面也是非常广泛的。总的来说，钢结构的抗震设计连接着钢结构设计中的每一个部分和阶段，所以在进行建筑结构设计时要充分了解到建筑中的结构破坏机制和破坏的过程，然后再结合钢结构的抗震设计准则来解决在抗震钢结构中所涉及的问题，最后设计合理有效的抗震钢结构。通过这样操作过程，才能建设出能够抵抗地震、经济实用的钢结构建筑。

参考文献：

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[4]建筑结构抗震设计问题与抗震设计方案分析[J].王丹丹.智能城市.2016（11）.

（作者单位：张家口建筑勘察设计有限公司）