多高层钢框架结构抗震设计研究

辛爱华

（甘肃建苑建筑设计院有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

钢框架结构以其良好的弹塑性、高耐磨、质轻等物理性能，在高层建筑中取得了更加普遍的运用。很多住房、大型商场、加工厂和高级写字楼都逐渐选用钢框架结构，运用钢框架结构以后，这种房屋建筑表现出了优良的防震特性。不但如此，钢框架结构的轻便性更高，工程施工期更短，环境保护优点也更加凸显，它更受到设计及施工单位的青睐。

1 钢框架结构整体稳定性的非线性影响因素分析

某钢框架共12层，分成3跨，每跨6米长，第一层高4m，其他层高3m，全楼高37m。该房屋中的梁和柱均选用刚性连接，并选用高韧性H 型钢为梁和柱原材料。其弹性模具为2.0×105MPa，相对密度7800kg/m3。运用MATLABAPP 对有限元分析实体模型开展建模，选用伯努利方程开展梁元仿真模拟，每一个梁模块有两个结点，每一个结点具备3个水平自由度和3 个转动自由度，2 个连接点一共有6 个自由度。因而各模块弯曲刚度特点引流矩阵由载荷模块与模块特点引流矩阵累加。土壤层一部分有别于钢框架结构，必须用四边形应变力元仿真模拟，每一个模块包括4个连接点，每一个模块包括平移式和竖直式自由度，因而一共有8个自由度。

1.1 几何离散系统

因为屈曲解决问题时常用原材料是离散系统的，因而，当求得屈曲问题时，就不可以再运用小形变的几何方程式了，这样的问题就无法再使用小形变问题，研究结果显示，内应力关系式中包括偏移二次项，充分考虑形变对均衡的影响，无法简单化成线性方程。

1.2 初始缺陷

具体的钢框架结构设计方案中，存在着许多缺点，对构造的稳定度和承载能力造成了影响。钢条几何图形缺点通常体现为初弯和轴力值，其原始缺点具体有原始内应力参数和承受力参数等。

1.3 内应力

在提升2 个l 型钢构造架构后，仍有一部分内应力发生在横截面上。正交和内应力的存在，使扭曲屈曲负载产生变化，但对欧拉临界值负载没有影响。剩下内应力的出现，促使折弯预制构件的抗拉强度缩小，形变增加，达不到预估承载力时妥协，减少承载能力，进而造成二阶效应扩大。

1.4 弯扭不稳定

结构力学问题通常分成线性问题和离散系统问题。对线性问题而言，变形问题较为小。当界限不符合方程式特点时，该问题便是离散系统问题。离散系统要素对承载能力的影响具体表现在下列层面：

影响钢框架的几何离散系统要素主要是P-△效应和P-δ 效应。P-δ 效应是预制构件弯折的首要缘故，而构造的刚体旋转会导致P-△效应。钢框架结构的P-△效应与构造平稳存有一定的相关分析，假如发生二阶效应，则钢架结构的几何图形离散系统一般由P-△效应操纵，在于P-δ 效应。在高层建筑中，实际的P-△效应全过程可以叙述为：当构造受水准力功效时，会产生水准横向偏移。侧面偏移造成负载轴力，造成额外弯矩。扭矩的存在将更进一步造成构造的横向偏移扩大。但对不对称构造来讲，扭曲问题一样存在，当构造产生扭曲时，纵向承载力与抗侧预制构件中心线轴力，也会使扭矩扩大。简易地说，当竖直荷载功效时，因为水平方向上的内功和偏移扩大，称之为P-△效应。当横向载入和纵向载入最后能做到均衡时，构造才可以长期保持，不然将造成整体失衡。但在高层住宅钢框架结构中，其横向间距均比较大，在大风及地震效果下，在水平方向上偏移，将造成纵向二阶效应失衡。因此，设计时应重点考虑位移对水平附加力的影响。

2 双层钢框架结构的抗震等级研究

现阶段钢架结构架构抗震等级研究中，多选用有限元方式，主要是对于单独一个钢结构节点及橡胶支座开展抗震等级特性研究。融合沙土与构造相互影响的考虑，运用MTALAB 数控编程软件对十二层钢框架开展了实体模型整体研究，对钢框架在洪水效果下的弹力时程反应完成了研究。

为使钢框架结构架构极限承载力的测算更加精准，文中主要是从几何离散系统和原材料离散系统2个层面对这两个领域开展具体的研究。

这种主要参数中：mb、cb、kb 各自表明上方构造品质，减振和刚度矩阵；ms、cs、ks 是土层。由于地震是由地振动散播，土体部分无承载力作用，全部承载力作用于上方钢框架，可以用频域积分法求得该运动方程。

3 多高层钢框架建筑如何提高其抗震性能

目前，在二三线城市仍有不少老旧城区，由于建筑初期建设时间较长，不管从建筑规划设计或原材料挑选上都相对落后，并且并没有把抗震等级作为关键目标。随着时代的发展，在旧城地域，普遍存在房屋建筑地基沉降，一些房屋建筑出现墙面脱落，房屋建筑偏斜等问题，乃至出现危楼，没法继续定居，给居民带来安全隐患。但尽管旧房存有安全风险，但要想所有拆下来却费时费劲，万般无奈也不会采用这样的对策，所以为了更好地维护人民群众的安全性，必须对全部工程建筑开展修整和结构加固处理，处理房屋建筑中产生问题的位置，进而使旧工程建筑更坚固，使之符合建筑抗震等级规定。房屋建筑隔震，消能隔振均可对房屋建筑开展结构加固，进而提升建筑的防震特性。以上技术性与传统式建筑加固工程技术对比，有显著的优势，它可以减弱震造成的能量，以降低承载力的方法替代提升房屋建筑荷载的方法，使房屋建筑最后达到抗震等级规定。

4 构架柱网布局对构造的影响

框柱网对多高层建筑的防震特性有较大影响，所以，在布局时，要从达到生产工艺流程规定、达到工程建筑平面图要求、使构造承受力有效、方便作业等四个层面，采用科学、综合性的考虑。实践中，柱距柱一般都设定在房屋建筑横纵中心线的中点处，以减少柱距对房屋建筑性能指标的影响。立柱与梁跨距也是有相应的联系，柱距规格虽大，但同样会扩大柱梁横截面规格，所以必须对其开展全方位的分析，从工程建筑需要和构造成本费等层面综合性考虑。实践中的柱距布局时，也需要考虑到构造在竖直承载力效果下的内力分配是不是匀称有效，各预制构件的原材料强度能不能做到灵活运用，并且要完成建筑施工的方便，不影响到多高层建筑的整体成本。

5 结语

综上所述，多高层住宅钢架构工程建筑如何提高抗震等级能力，怎样更快的开展抗震等级整体规划等一连串新的观念已经被人们所高度重视，并已在各方面的实践中运用，为人们的日常生活给予了很大的便捷。自然灾害对人民群众的生命安全性构成严重危害，建筑行业必须高度重视对资料的研究工作，努力研发一种更为安全的新型材料，为大地震频频发生的群体给予更好的安全性保护。