關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的討論與建議

李棟

上海原構(gòu)設(shè)計(jì)咨詢有限公司太原分公司 山西 太原 030000

相同荷載情況下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與鋼筋混凝土構(gòu)件相比，前者具有厚度薄、截面尺寸小等優(yōu)勢(shì)。但是，鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用期間，受不同因素影響，經(jīng)常出現(xiàn)穩(wěn)定性不足現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，為了處理好鋼結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，要從實(shí)際情況入手，做好相應(yīng)分析工作，提高設(shè)計(jì)合理性，保證建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能夠達(dá)到預(yù)期。

1 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

隨著人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，鋼結(jié)構(gòu)越發(fā)成熟，其在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，而且取得了不錯(cuò)應(yīng)用效果。尤其是針對(duì)一些人口相對(duì)密集的公共區(qū)域，例如，大型體育場(chǎng)、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等區(qū)域，都可以采用鋼結(jié)構(gòu)。隨著建筑工程規(guī)模的擴(kuò)大，層數(shù)的增高，鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)榫哂辛己每拐鹦远玫搅藦V泛應(yīng)用。通過具體分析可以發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用期間具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）自身性能良好

鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用期間承載能力強(qiáng)、自身輕、抗震性能優(yōu)越，因此，得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于傳統(tǒng)大型建筑工程來說，具體施工中會(huì)采用大量鋼材、水泥等不同類型材料，在生產(chǎn)水泥時(shí)會(huì)需要消耗大量材料，而且會(huì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染，破壞生態(tài)環(huán)境[1]。而將鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到建筑工程中，施工工藝較為簡(jiǎn)單，可以依據(jù)具體情況，采取靈活方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)中能夠減少材料用量，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)還具有自重輕、受力均勻等特點(diǎn)，可以調(diào)整骨架外形，以及適當(dāng)組裝方式，提升鋼結(jié)構(gòu)投入應(yīng)用后的承載效果和抗震性[2]。

（2）施工與裝配靈活

鋼結(jié)構(gòu)施工作業(yè)開展起來相對(duì)較為靈活，具體施工作業(yè)可以嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開展，投資小，回報(bào)快。鋼結(jié)構(gòu)能夠被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代建筑工程中的一項(xiàng)主要原因就是鋼結(jié)構(gòu)可以采取靈活方式進(jìn)行裝配，不會(huì)受空間、形式等各項(xiàng)因素影響，而且在實(shí)際施工中，可以通過工廠定制方式進(jìn)行加工，自由組裝分離，能夠通過異地方式完成相應(yīng)生產(chǎn)工作[3]。同時(shí)，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)組裝時(shí)，不會(huì)占用太大施工場(chǎng)地，可以靈活布置。

（3）不會(huì)污染環(huán)境

鋼結(jié)構(gòu)與建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展理念相符，能夠避免建筑工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。與傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)相比，采取鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑工程建設(shè)，能夠減少耗材，施工、生產(chǎn)更趨向于綠色發(fā)展理念。此外，鋼結(jié)構(gòu)用料控制起來相對(duì)較為容易，只會(huì)產(chǎn)生少部分廢料，而且能夠循環(huán)利用[4]。

2 建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的原因

（1）進(jìn)行建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員沒有深入到施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行全面考察，未做好相應(yīng)分析工作，沒有全面掌握影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性各項(xiàng)因素的分析，僅依靠以往的經(jīng)驗(yàn)和勘查資料完成相應(yīng)設(shè)計(jì)工作，這也就會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)難以達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。最終設(shè)計(jì)方案與建筑工程的整體運(yùn)行存在不符，這會(huì)提高鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)概率，一旦發(fā)生地震災(zāi)害后，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)遭受破壞，會(huì)發(fā)生坍塌、變形等嚴(yán)重事故，破壞建筑工程整體質(zhì)量，無法滿足建筑工程竣工后，投入應(yīng)用需求[5]。

（2）鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際人員綜合能力沒有達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒有落實(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)人員未全面掌握建筑工程鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)原因，未針對(duì)可能出現(xiàn)的各項(xiàng)問題，采取針對(duì)性措施，一旦發(fā)生地震，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)，引起事故。

（3）鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定會(huì)受防腐性、防火性等各項(xiàng)影響。因此，要想保證發(fā)生地震后，鋼結(jié)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定，一方面要提高鋼結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性，使其能具有較高抗震能力，另一方面還會(huì)優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)防腐性、防火性能，全面分析各項(xiàng)內(nèi)容，做好協(xié)同設(shè)計(jì)，提高鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保地震來臨時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)快速坍塌，以免引起嚴(yán)重事故，造成巨大損失。

3 改善鋼結(jié)構(gòu)抗震性的重要性

3.1 直接影響人們生命財(cái)產(chǎn)安全

建筑工程是人們學(xué)習(xí)、工作、生活、休息的主要場(chǎng)所，其質(zhì)量會(huì)對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)安全造成直接影響。近幾年，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市內(nèi)人口不斷增多，密度變大，一旦發(fā)生地震，將會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。我國(guó)土地遼闊，一些地區(qū)位于地震帶，地震頻繁發(fā)生頻率高，為了保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全，需要從實(shí)際情況入手，做好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高最終建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 建筑行業(yè)不斷向前發(fā)展的需求

近幾年，我國(guó)建筑行業(yè)得到飛速發(fā)展，建筑工程不斷增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大， 這對(duì)建筑企業(yè)發(fā)展來說是一個(gè)機(jī)遇，同時(shí)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。建筑企業(yè)要想發(fā)展，取得成功，必須對(duì)自身的發(fā)展需求進(jìn)行明確。通過對(duì)我國(guó)建筑行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，發(fā)展需求主要包括的內(nèi)容如下：

（1）地震是一種嚴(yán)重自然災(zāi)害，在一些的區(qū)域會(huì)頻繁出現(xiàn)，而且可能會(huì)造成嚴(yán)重危害，針對(duì)這一現(xiàn)象，人們對(duì)建筑工程抗震性提出了高要求，高抗震性能建筑工程在后續(xù)建筑市場(chǎng)發(fā)展的主流[6]。簡(jiǎn)單來說，建筑企業(yè)在實(shí)際發(fā)展期間，建筑企業(yè)要想取得成功，從激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，必須要提高最終建設(shè)的建筑工程抗震性，確保其能夠滿足應(yīng)用要求。

（2）建筑企業(yè)需要承擔(dān)一定社會(huì)責(zé)任，主要體現(xiàn)在提高建筑工程抗震性上，這一防震目的是建筑行業(yè)發(fā)展時(shí)需要努力的方向，而建筑行業(yè)在這一期間，需要起到領(lǐng)頭作用。

4 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的具體應(yīng)用

4.1 抗震計(jì)算

對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震可以采取底部剪力方法進(jìn)行計(jì)算，若鋼結(jié)構(gòu)具有較高整體高度，可以采取分解反應(yīng)譜法完成相應(yīng)計(jì)算，獲取到精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)期間，需要針對(duì)工程所在區(qū)域內(nèi)抗震要求進(jìn)行明確，一般來說在4-6級(jí)抗震等級(jí)要求的地區(qū)，可以依據(jù)具體規(guī)范內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建筑設(shè)置，在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員要全面考慮建筑工程所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)和建筑情況，保證設(shè)抗震強(qiáng)度能夠達(dá)到實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，避免出現(xiàn)不合理情況。設(shè)計(jì)人員在具體工作開展時(shí)，要對(duì)建筑工程所在區(qū)域的場(chǎng)地類型進(jìn)行全面分析，依據(jù)工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈強(qiáng)度，對(duì)抗震方法進(jìn)行明確[7]。例如，針對(duì)丙類建筑，要采取降度方式對(duì)建筑工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行處理。在對(duì)建筑工程遭受地震作用進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要對(duì)重力荷載代表值進(jìn)行計(jì)算，通過荷載標(biāo)準(zhǔn)值加活荷載組合方式，對(duì)最終荷載值進(jìn)行確定?；詈奢d組合值系數(shù)大小為0.5，建筑工程中的具體荷載組合值的系數(shù)大小也為0.5，需要注意的是，針對(duì)建筑工程屋面部分的荷載，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不得將其計(jì)入其中。

4.2 確定水平地震影響系數(shù)

在對(duì)建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)中的地震影響系數(shù)進(jìn)行確定時(shí)，要全面考慮建筑工程中每一個(gè)方面，例如，建筑工程結(jié)構(gòu)自振周期、設(shè)計(jì)地震分組、阻尼比等多項(xiàng)內(nèi)容。在確定建筑工程水平地震影響系數(shù)，要對(duì)最大值進(jìn)行全面分析，科學(xué)選擇各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確保最終計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)無誤。選擇特征周期數(shù)據(jù)期間，要依據(jù)的地震情況科學(xué)分組，對(duì)建筑工程所在區(qū)域的場(chǎng)地類別進(jìn)行明確，若建筑工程所在區(qū)域抗震防裂度級(jí)別較高，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以依據(jù)0.05s特征周期完成相應(yīng)計(jì)算。

4.3 進(jìn)行荷載設(shè)計(jì)

對(duì)于建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)來說，這對(duì)貫通、對(duì)稱形式結(jié)構(gòu)不規(guī)則形態(tài)設(shè)計(jì)，其在具體應(yīng)用時(shí)，能夠具有更好抵御扭曲變形效果。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，為了確保最終設(shè)計(jì)的合理性，要對(duì)明確鋼結(jié)構(gòu)中的基準(zhǔn)線，要加強(qiáng)對(duì)影響鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素的分析，而且要采取合理措施進(jìn)行科學(xué)應(yīng)對(duì)，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性性，確保其質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期，滿足應(yīng)用需求[8]。同時(shí)，在實(shí)踐中要提高對(duì)遇到各種特殊情況的分析，提高設(shè)計(jì)合理性，例如，通過對(duì)不動(dòng)鉸支座進(jìn)行應(yīng)用，能夠避免建筑工程中的梁在投入應(yīng)用后，發(fā)生位移，確保梁可以在平面內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，需要注意的是，單純考慮一方面均衡鋼結(jié)構(gòu)在投入應(yīng)用后的局受力情況，而且還能夠避免其他各種問題的出現(xiàn)。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行繞縱軸扭轉(zhuǎn)阻止構(gòu)件設(shè)置，使梁端界面可以自由翹曲，保證鋼結(jié)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定，減少位移等不良現(xiàn)象發(fā)生，確保最終計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)無誤，避免在后續(xù)應(yīng)用時(shí)，發(fā)生事故。

4.4 做好鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

（1）全面考慮鋼結(jié)構(gòu)的彈性變形，設(shè)計(jì)人員要全面分析溫度升高后鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生的膨脹現(xiàn)象，以及溫度降低后，鋼結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)象。

（2）考慮鋼結(jié)構(gòu)塑性變形情況。鋼材受溫度變化影響，鋼結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生變形，可能會(huì)為永久性變形，無法恢復(fù)原狀。對(duì)于建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采用的防火涂料等級(jí)和防火材料進(jìn)行明確，從具體情況出發(fā)，保證鋼結(jié)構(gòu)與實(shí)際情況相符，有力控制發(fā)生地震后，火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成的不良影響。

4.5 鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期暴露在空氣中，鋼結(jié)構(gòu)與水分、空氣相接觸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)發(fā)生腐蝕、生銹等不良問題，這將會(huì)降低鋼結(jié)構(gòu)性能，降低其穩(wěn)定性，一旦發(fā)生地震，將會(huì)導(dǎo)致建筑工程發(fā)生傾斜、變形等各種不良現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)將會(huì)發(fā)生坍塌事故，危害巨大。因此，需要提高對(duì)建筑工程中采用鋼材防腐蝕的重視，做好防銹處理，以免由于銹蝕問題，降低鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用到建筑工程，穩(wěn)定性差。需要相關(guān)工作人員注意的是，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐防銹處理時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)建筑工程所在區(qū)域地理環(huán)境、地質(zhì)情況、水文等各項(xiàng)因素進(jìn)行充分分析，全面考慮各項(xiàng)影響因素，全面結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)，編制防腐計(jì)劃。從目前我國(guó)建筑行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，鋼材防腐方式主要有的非永久性涂裝和永久性涂裝兩種不同方式，非永久性涂裝要應(yīng)當(dāng)在后期，通過維修保養(yǎng)方式實(shí)現(xiàn)，從而使建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)整體防腐蝕性能可以得到進(jìn)一步提高，滿足應(yīng)用需求。

5 優(yōu)化建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)抗震性的合理化建議

5.1 科學(xué)選擇建筑工程場(chǎng)地

在進(jìn)行建筑工程建設(shè)時(shí)，為了提高建筑工程整體抗震性，保證鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少地震造成的危害。因此，設(shè)計(jì)人員需要從實(shí)際情況入手，合理選擇建筑工程所在區(qū)域地質(zhì)、水文等各項(xiàng)信息，針對(duì)建筑工程是否在地震區(qū)域進(jìn)行明確，從而選擇合理鋼結(jié)構(gòu)建筑場(chǎng)地。此外，如果鋼結(jié)構(gòu)建筑被建設(shè)在地質(zhì)較為復(fù)雜區(qū)域，相關(guān)工作人員要深入現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)該區(qū)域以往發(fā)生的各種地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全面研究，總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)，以此為依據(jù)，完成應(yīng)對(duì)方案編制作業(yè)，優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)，最大程度減低地震發(fā)生后，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)造成的破壞。

5.2 科學(xué)選擇鋼結(jié)構(gòu)類型

現(xiàn)代建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)具有多元且豐富抗震體系，在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的具體類型時(shí)，作為設(shè)計(jì)人員要從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)建筑采用的材料，以及高度、規(guī)模各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行確定，選擇合理施工工藝開展相應(yīng)施工作業(yè)，保證建筑工程采取的鋼結(jié)構(gòu)類型與當(dāng)?shù)乜拐鸬燃?jí)能夠保持一致，同時(shí)，也能夠?yàn)楹罄m(xù)鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)提供有利條件。

5.3 合理設(shè)計(jì)抗震裝置與措施

進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要提高對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和重點(diǎn)構(gòu)件的關(guān)注，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中各項(xiàng)的細(xì)節(jié)的優(yōu)化，使建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)在投入應(yīng)用后的抗震性能能夠得到進(jìn)一步提高，將地震自然災(zāi)害帶來的各種風(fēng)險(xiǎn)因素都能夠降到最低，減小地震危害。與此同時(shí)，相關(guān)工作人員還要加強(qiáng)對(duì)減震各隔震技術(shù)的研究，做好相應(yīng)優(yōu)化工作，從而使建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)抗震能力能夠達(dá)到進(jìn)一步提高，優(yōu)化整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系。例如，在建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，可以在對(duì)建筑工程整體情況進(jìn)行合理分析基礎(chǔ)上，選擇符合需求的阻尼器，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)行減震構(gòu)件設(shè)計(jì)，確保在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，建筑工程中的構(gòu)件能夠消耗和吸收地震產(chǎn)生的能量，從而達(dá)到消減地震，減小地震危害效果。

5.4 做好施工材料選擇

建筑工程中的鋼結(jié)構(gòu)采用的材料性能會(huì)對(duì)最終建設(shè)的建筑工程整體質(zhì)量造成直接影響。從目前我國(guó)建筑行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，建筑市場(chǎng)上的施工材料質(zhì)量參差不齊，采購(gòu)施工材料時(shí)，采購(gòu)人員對(duì)于材料質(zhì)量和性能的了解不深，材料進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，對(duì)材料的抽樣檢查、保管等各項(xiàng)操作不到位，這會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用到建筑工程中的材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)?？梢?，要從材料采購(gòu)、檢查、保管、質(zhì)量控制等多個(gè)方面入手，保證采用的材料能夠滿足建筑工程中鋼結(jié)構(gòu)的要求。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要鋼結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析，全面檢查鋼材整體受力情況，做好檢查相應(yīng)檢查工作。此外，還要依據(jù)實(shí)際情況，選擇符合實(shí)際情況的焊接工藝，加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量的檢查，保證不同構(gòu)件可以科學(xué)連接到一起，若發(fā)生地震，能夠快速分散力，提高鋼結(jié)構(gòu)承載力，保證建筑工程的抗拉能力、抗壓能力都能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)構(gòu)受力均衡。

6 結(jié)語

為了提升鋼結(jié)構(gòu)整體抗震能力，要通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)情況進(jìn)行全面分析，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，做好鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算、場(chǎng)地選擇、鋼結(jié)構(gòu)抗震類型選擇等各項(xiàng)內(nèi)容分析，保證抗震設(shè)計(jì)能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，提高建筑工程整體穩(wěn)定性。