建筑鋼結構抗震設計及運用探析

王燕鵬 李志飛

摘要：建筑結構抗震設計直接決定了建筑的抗震性能和效果，為保證用戶生命財產(chǎn)安全，需將建筑結構的抗震設計現(xiàn)狀作為關鍵的切入點，根據(jù)建筑的建設質(zhì)量標準要求，合理地落實建筑結構抗震設計。本文主要分析建筑鋼結構抗震設計及運用。

關鍵詞：鋼結構;抗震設計;建筑

引言

地震災害會對建筑物的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴重影響，如果建筑物的抗震等級沒有達到要求，就會發(fā)生斷裂，甚至是倒塌等問題，對人們的生命財產(chǎn)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(nèi)容展開了相關分析與研究。

1、建筑鋼結構及結構抗震設計重要性

鋼材料具有質(zhì)量輕及彈塑性理想等方面的優(yōu)勢，機械性能較為突出，在建筑行業(yè)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(xiàn)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(guī)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。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(yōu)勢在鋼結構施工中能得到充分的體現(xiàn)，但鋼結構也存在著穩(wěn)定性較差的不足，容易出現(xiàn)結構失穩(wěn)的問題。為保證對該項問題進行妥善處理，實現(xiàn)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(wěn)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。

2、建筑結構抗震設計中存在的問題分析

2.1幾何非線性

在結構加載過程中存在旋轉(zhuǎn)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。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(zhuǎn)問題的研究中，對變形平衡問題進行充分考量，禁止出現(xiàn)對線性方程進行簡化的狀況。

2.2技術資源缺失

建筑的抗震設施利用率有限，整體的建筑質(zhì)量受到了負面影響。所以需要考慮到現(xiàn)場人員因素、材料質(zhì)量、裝備水平等因素進行施工，然而技術資源匱乏、技術水平不足的情況下，發(fā)生設計隱患的幾率大，難以真正將高層建筑結構的抗震作用充分地發(fā)揮出來，保證居民的居住環(huán)境安全。

2.3殘余應力

鋼結構中的殘余應力會導致結構出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，屈曲載荷發(fā)生改變的狀況，但不會對歐拉臨界載荷產(chǎn)生干擾。因為應力存在會使壓彎構件出現(xiàn)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(shù)值時，出現(xiàn)屈服狀況，進而造成承載能力下降，二階效應出現(xiàn)增加的情況。

3、建筑結構抗震設計的優(yōu)化對策

3.1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。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(xù)各項操作的高質(zhì)量開展奠定良好基礎。

3.2結構靜力分析

在開展對鋼結構廠房抗震設計中結構靜力分析的過程中，相關的設計人員充分考慮到鋼結構重量與剛度分布不均勻的問題，運用相應的抗震數(shù)據(jù)計算程序，使其能夠進行對各個廠房樓層中抗震位移、剛度比與承載力比數(shù)值的有效計算，使其能夠有效地滿足鋼結構廠房所需的抗震性能要求。而在實際進行對鋼結構廠房應力抗震設計的過程中，設計人員同樣運用相應的抗震程序?qū)嶋H剛度進行設計分析，以保障能夠有效地滿足鋼結構的抗震需求，進一步提高鋼結構廠房的實際抗震效果與抗震性能。而在實際開展對鋼結構廠房抗震設計的過程之中，建筑設計部門同樣應以所計算的抗震數(shù)據(jù)為依據(jù)，按照這些數(shù)據(jù)進行對廠房抗震性能的設計，通過合理的調(diào)整框架梁、柱、垂直支撐等結構設計，使其能夠有效地保障整個鋼結構的抗震性能，使其能夠被有效地運用到企業(yè)之中，保障企業(yè)之中實際安全開展工作的效果，以及對地震的實際防護效果。

3.3保證建筑材料的質(zhì)量

建筑材料質(zhì)量是決定高層建筑建設質(zhì)量和性能效果的關鍵，高層建筑工程的建設施工中，對于結構抗震設計和施工質(zhì)量的控制，要強調(diào)對建筑材料的合理選擇，保證使用到施工中的建筑材料符合一定的標準要求。高層建筑工程是一項系統(tǒng)、大規(guī)模的項目，其中應用到大量的建筑材料，涉及的種類繁多，因此選擇材料時需要考慮多方面因素，以達到強化高層建筑結構抗震性能的目的。施工過程中，需根據(jù)現(xiàn)場工程建設狀況，分析當?shù)氐沫h(huán)境、地質(zhì)條件等，選擇能夠滿足抗震需求的可靠質(zhì)量的施工材料，尤其是在我國的部分區(qū)域內(nèi)存在著地震災害多發(fā)的情況，具體的高層建筑結構抗震設計中要選擇復合材料，強調(diào)高層建筑結構的穩(wěn)定性能，提高對地震災害的抵御能力，盡可能地減少建筑整體重量，保證可靠的質(zhì)量效果，防范地震災害，提高居民的居住安全。

3.4抗震設計

地震的發(fā)生會造成結構倒塌、節(jié)點破壞、構件破壞等多種不利局面，結構倒塌主要是因為結構屈服強度系數(shù)和抗彎剛度分布不均，節(jié)點破壞是因為節(jié)點區(qū)的應力集中，焊縫存在缺陷，構件破壞則是因為支撐承受反復拉壓的軸向力作用超出了屈曲臨界力，都會導致鋼結構失穩(wěn)。加強抗震設計是增強鋼結構穩(wěn)定性的重要路徑，設計人員可以按照以下流程進行抗震設計：1）明確建筑工程鋼結構抗震設計要求，加強建筑屋面板與屋架之間的聯(lián)系，將二者連接到一起。（2）選擇合理的鋼結構支撐方式，優(yōu)化鋼結構抗震設計方案。（3）運用科學的抗震措施，如底部剪力法、反應譜法、時程分析法，與鋼結構穩(wěn)定性設計相關聯(lián)，解決協(xié)同不良的問題，提升鋼結構的抗震能力。

結束語

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?qū)崿F(xiàn)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(wěn)定性，為民眾的安全使用創(chuàng)造更加理想的建筑空間環(huán)境。

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作者簡介：王燕鵬，1988.6，男，漢，河南偃師人，碩士，中級工程師，目前從事建筑結構設計方面的工作與研究