建筑钢结构抗震设计及运用探析

建筑钢结构抗震设计及运用探析

徐鹏

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摘要：当前随着地震灾害率上升，需要在房屋建筑结构设计期间，不断提高抗震设计水平，增强房屋抵抗外力能力，增强建筑安全性。文章以房屋建筑为对象，针对在结构设计中强化抗震设计进行研究，概括设计原则，并介绍了抗震设计应用状况。

关键词：建筑；钢结构；抗震设计；运用

引言

近些年，我国高层建筑愈发普遍，其结构抗震设计原则主要依据“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三个设防标准，建筑结构的抗震设计主要通过两个设计阶段来实现结构抗震目标。建筑结构抗震设防第一阶段主要是结构承载能力验算，以地震动参数来计算建筑结构弹性地震作用标准值及其地震作用效应，并通过分项系数对建筑结构截面承载能力进行抗震分析，进而满足小震不坏的抗震要求。建筑结构抗震设计的第二阶段主要是结构弹塑性变形验算，主要依据弹塑性层间变形对建筑不规则结构及特殊抗震要求的部位进行变形验算，进而满足建筑大震不倒的抗震要求。建筑结构中震可修的设防要求主要是根据建筑结构设防措施来实现的，其主要体现在建筑结构第一设计阶段中。建筑结构抗震概念设计主要是指建筑结构抗震类型、地震剪力等内容，建筑结构抗震措施主要是指构件抗震等级分类等内容。

1钢结构工程特点和优势

1.1特点

1)施工精度高。高层钢结构安装施工中，主要是选择高强度螺栓连接或坡口焊接方式制作构件，保证各环节安装手工精度。因此需要关注测量设备、工具精度，严格控制构件和安装尺寸精度。2)焊接工程施工。高层建筑钢结构主要是选择焊接方式连接构件，工作量大，质量高，多数焊接作业应该在高空环境进行，安全控制难度较大，容易受到气候条件影响。目前钢结构焊接方式以二氧化碳气体保护半自动焊为主，手工焊接方式为辅，结构工程焊接钢板厚度大概在20mm左右，因此需要考虑焊接顺序，焊接节点选择对称分布焊接顺序，避免焊接变形。结合不同施工条件和刚才特性，选择最佳的焊接方法，实现各环节有效控制。3)构件预制与现场安装同步展开。高层建筑钢结构工程施工中，施工质量高低很大程度上取决于预制构件质量，刚才质量、焊接质量、构建尺寸等因素都将会影响到现场施工质量。现场构件预制和安装同步进行，并配备专门的监管人员实现信息有效沟通，所以，要加强首件验收、进度计划、构建编号以及出厂验收等环节质量质量把控，实现预制和安装环节同步展开。4)受环境影响较大。钢结构安装多是在高空环境进行，应制定合理有效的施工安全管理措施，综合考量施工条件，雨雪天气不适合焊接，气温过低时不适合焊接，风力较大时是不适合吊装，因此需要因地制宜规范化施工。

1.2优势

1)材质均匀。钢结构施工中所选择的材料以钢材为主，具有较强的力学性能，钢材的韧性和强度均符合高层建筑钢结构工程施工质量要求。所以，钢材料的均匀性特点鲜明，各部分受力相同，通过施工前期力学计算来控制各项数据偏差，不仅可以提升钢结构施工水平，还可以提升建筑工程总体质量。2)塑性和韧性好。高层建筑楼层高，单位面积受力荷载较大，因此保证地基稳定性至关重要。如果地基不均匀沉降，会出现较大的拉应力威胁到建筑工程总体安全性。但钢材料韧性和塑性较强，可以有效改善拉应力负面影响，降低后期混凝土裂缝出现几率。3)强度高，自重轻。钢材料强度较大，可以实现应力均匀化分散，避免过分集中于某一点产生较大的荷载。混凝土结构施工竖向截面面积预案高于钢结构，因此混凝土用量大，建筑自重增加，通过钢结构的应用可以有效改善此类问题。钢结构自重大概是混凝土的一半，因此应力载荷也在不断减小，有助于更好的应对应力拉伸和地震带来的抗性，维护高层建筑钢结构安全性和稳定性。

2建筑结构中抗震设计应用分析

2.1合理选择场地

建筑要提高抗震性能，应从最为基础的选址着手，把地震及影响的不确定性和规律性结合起来，了解所选场地的地震危险性和小区域因素，合理确定建设场所。由地震引发的次生灾害如火山、洪水、滑坡、泥石流等造成建筑物的严重破坏，所以从选址工作开始就应该选择对抗震有利的地段，尽量避开不利的地段，避不开时应采取有效措施确保地基的稳定性，任何情况下均不考虑在抗震危险地段建造建筑物。房屋建筑要建设在地震发生率低的地方，以减少由于区域问题而导致承受过多的地震力，从而使房屋遭到破坏。其次房屋建筑结构抗震设计过程中应研究土质，尽量选择基土硬度符合要求的地方进行建设。地震作用下，由于地基承载力下降或地基土液化，使得地基部分失效甚至于完全失效，最终导致建筑物倾斜、倒塌。遇到不能满足需求但必须在这个区域内建造的，应当利用技术去改善，比如换土、加固等手段，以避免地基在地震作用下出现垮塌、位移、变形等。

2.2建筑高度和宽度设计

房屋结构抗震设计中，控制好建筑高度尤为重要。房屋建筑高度如果超出抗震规范标准的A级高度，抗震性能会下降，相应的抗震等级要求需提高。房屋建筑高度如果超出抗震规范标准的B级高度，则需要进行专门论证分析。房屋建筑结构抗震设计中一旦出现高度超高的现象，不能置之不理，而是要重新调整结构体系，最后确保高度在抗震规范所要求的范围之内，减少侧移的发生，有效达到抗震作用。房屋建筑结构抗震设计还要控制建筑宽度，提高房屋建筑宽度与高度比的合理性。当地震发生的时候，房屋建筑会出现一定的波动，当房屋建筑达到一定高度时，容易出现倾斜现象。当房屋建筑高度不变，宽度减少的情况时，会加地震的波动效应。通过合理控制房屋建筑的高宽比，有效防止房屋在地震力作用下出现严重倾斜，或者是因为力作用发生移动而引发比较大问题发生。

2.3剪力墙结构的设计

剪力墙结构的最大优点是其承载力、平面刚度好，而其平面外承载力比较薄弱，如果将平面外梁直接连接到剪力墙上，则会增加墙体的平面外弯矩。因此，当墙体横断面较小时，可以考虑采用半刚接法来调节墙体的平面外弯矩。在此基础上，应尽可能保证剪力墙平面均匀分布，并使其刚度中心尽可能靠近整个建筑物的中心，以使扭转作用最小化。当刚度中心与建筑物中心有很大偏差时，可以根据需要调整墙体长度和连接梁高度，来调节刚度中心的位置。另外，由于剪力墙的侧向刚度大、自振周期短、水平地震作用大，会对结构的整体性能产生一定影响。为了减小建筑物结构受地震剪应的影响力，可以采取减小墙体厚度、加大主次结构设计间隔、减小墙体总数等措施来减轻结构的整体重量，进而提高结构的抗侧移刚度。

结束语

综上所述，本建筑结构主要属于局部楼板不连续、扭转位移比、抗侧立构件三项一般不规则的高层建筑。本文主要对建筑结构设计的薄弱部位进行了有效处理，最大程度降低了上部超限带来的影响，满足了建筑结构的抗震需求。利用YJK-A与SAUSAGE2020软件，对本结构进行抗震性能分析，得出结构小震时，各个构件应力均未超过设计值，且构件变形满足要求，大震下弹塑性变形可以控制在规范以内，达到小震不坏、大震不倒的目的。

参考文献

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