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

杨海龙

身份证号码 ： 23018219890513****

摘要：为了保证地震灾害对建筑物的影响保持在最低限度，有必要做好建筑结构的抗震设计。钢结构是现代建筑中常见的结构。研究钢结构的抗震设计将对建筑结构的抗震设计产生积极的影响。介绍了建筑钢结构的基本情况，阐述了钢结构稳定性的影响因素，并在此基础上分析了该结构的抗震设计及应用。

关键词:钢结构；抗震设计；建设

1导言

地震会对建筑物的安全和稳定产生严重影响。如果建筑物的抗震等级不符合要求，就会出现破损甚至倒塌等问题，直接威胁到人们的生命财产安全。为了有效提高建筑在地震灾害中的抗力，设计人员加大了对抗震设计的研究，并重点对钢结构的抗震设计内容进行了相关的分析和研究。

2.建筑钢结构抗震设计的重要性

钢材具有重量轻、理想的弹性和塑性、突出的力学性能等优点，被广泛应用于建筑行业。随着钢结构的广泛应用，其良好的抗震性能逐渐显现，受到了设计者和施工者的青睐。在钢结构设计过程中，可以根据国家标准进行结构的抗震设计，明确抗震结构的设置方法和手段，最大限度地保证结构的安全性[1]。在相同荷载条件下，钢结构可以使构件厚度变薄，截面尺寸变小，其优点在钢结构施工中可以得到充分体现，但钢结构也存在稳定性差的缺点，容易出现结构失稳。为了妥善处理这一问题，实现钢结构的理想化应用模式，需要对单个构件进行分析，推导出整个结构的稳定性，并做好简化计算，从而科学地设置整个钢结构。

在钢结构设计过程中，设计人员需要做好梁柱设计，研究结构中构件之间的相互影响，以确定是否存在结构失稳。

3钢结构稳定性设计的影响因素

影响钢结构整体稳定性设计的因素很多，本文将重点分析非线性因素。影响钢结构承载力的非线性因素主要包括以下四个方面:

1)几何非线性。在结构加载过程中，存在过度旋转和位移的问题。在处理屈曲等问题时，小变形的几何方程不适用[2]。在问题求解过程中需要研究材料的非线性，需要将带有位移二次项的项融入到大位移和大转动问题的研究中，充分考虑变形平衡问题，禁止简化线性方程组。

2)初始缺陷。在钢结构设计的具体过程中，结构中的各种缺陷可能会对结构的承载力和稳定性产生不利影响。一般以偏心、初始弯曲等几何缺陷为主，初始缺陷与钢筋的力学参数和初始应力参数密切相关。

3)残余应力。钢结构中的残余应力会引起结构扭转，改变屈曲载荷，但不会干扰欧拉临界载荷。由于应力的作用，梁柱构件的屈服强度太小，变形太大，刚度降低。当未达到预定载荷值时，将出现屈服条件，这将进一步降低承载能力并增加二阶效应。

4)弯曲和扭转不稳定性。为了保证钢结构极限承载力计算的准确性，有必要对结构设计过程中的材料非线性和几何非线性进行深入分析，以制定出最佳的结构设计方案。影响结构的几何非线性因素主要包括P-δ效应和P-△效应。构件弯曲和构件刚体转动将直接完成两种效果。p-δ效应与钢框架结构的稳定性密切相关。如果没有不同的二阶效应，钢构件的几何非线性由P-δ效应控制。对于多层建筑钢结构，P-△效应是指结构在水平力的作用下产生水平侧向位移，从而导致偏心荷载，进而产生附加弯矩。在弯矩的作用下，结构的侧向位移会进一步增大，非对称结构会出现扭转问题，导致抗侧力构件出现偏心问题，导致扭矩增大。如果竖向荷载和横向增加的内力能够处于平衡状态，结构将保持相对稳定，否则会发生失稳。由于高层钢框架结构的纵横距离比较大，在地震和强风的影响下容易产生水平位移，因此会直接造成竖向二阶效应失稳。鉴于此，在设计过程中，有必要分析研究位移产生的附加水平力的影响。钢框架结构的截面面积比钢筋混凝土框架结构的截面面积小，因此其柔性会更高，应更加注重其稳定性。如果建筑层数相对较多，设防烈度相对较高，则可能因地震引起较大的侧向位移，直接导致框架结构几何形状发生明显变化。

钢结构抗震设计及技术规范的应用

4.1抗震计算方法

钢结构的抗震计算可采用底部剪力法进行。如果结构整体高度比较高，需要用分解反应谱法计算。抗震方案设计需要满足该地区的具体抗震要求。当一般抗震等级为4~6级时，应根据该地区的具体抗震要求进行科学设计，并结合建筑物自身情况和地质条件进行合理设置，确保建筑物整体抗震强度能够满足实际需求标准。

设计人员还需要分析建筑场地的类型，根据区域抗震设防烈度的具体情况，科学地进行抗震设计。但需要注意的是，如果建筑属于丙类，则需要在原有基础上减少。在计算地震作用时，在计算重力荷载代表值的过程中，需要加上恒载的标准值和活载的组合值，其中活载的组合值系数为0.5，各结构的具体活载组合值系数也为0.5，其中不记录屋面部分的活载值[3]。

4.2水平地震影响系数的确定

在确定结构地震影响系数的过程中，需要分析判断结构的自振周期、阻尼比和设计地震分组[4]。在系数研究过程中，对最大值进行分析，通过合理选择数据，保证最终计算结果的准确性。在选取特征周期数据的过程中，要根据地震情况实施分组，做好工程场地的分类和确定。如果场地的抗震设防烈度水平较高，一般计算中的特征周期将设置为0.05秒

4.3钢结构设计要求分析

在钢结构设计过程中，需要做好衰减指数的分析研究，并根据相应的方程[5]开始计算操作。需要通过合理计算阻尼比、下降斜率等各种参数来计算最终的衰减指数，并根据公式展开调整系数和阻尼调整系数的计算，从而明确调整系数和阻尼调整系数的具体情况。

通过对《建筑钢结构技术规范》抗震设计的分析，可以得出现在，如果建筑的抗震等级为ⅵ级，就不需要计算其地震作用，也不需要计算抗震截面，只是为了保证所有的设计都能满足抗震工作的具体要求[6]。

5提高钢结构抗震性能的建议

5.1做好施工现场的选择。

为了保证钢结构建筑的抗震性能达到预期，有必要选择钢结构建筑的施工地址。一方面要分析各个区域的具体情况，确定该区域是否处于地震带，掌握地质、水文等各种信息，在此基础上选择最佳施工场地，保证钢结构的性能；另一方面，如果需要在复杂地区建设，则需要研究该地区的灾害发生和过往历史，并在此基础上制定更详细的应对方案，并将其融入抗震结构设计中，以最大限度地减少地震灾害对钢结构的不利影响，保障人们的生活安全[7]。

5.2钢结构类型的合理选择

由于钢结构抗震体系不属于单一类型，类型丰富多样，在钢结构建筑施工过程中，需要根据施工所用材料和钢结构建筑的实际高度科学选择相关施工工艺[8]。应确保选择的钢结构类型能够满足具体的抗震等级要求，能够有效促进施工活动的顺利开展，从而为后续作业的高质量开展奠定良好的基础。

5.3抗震装置和抗震措施的设计

在钢结构抗震设计过程中，要更加重视重点工程，做好设计工作，以达到提高建筑整体抗震等级，最大限度降低地震灾害对建筑不利影响的目的。同时，要加强隔震技术的研究和优化。需要通过技术的科学应用，在有效提高建筑抗震能力的同时，达到优化整体建筑结构体系的目标[9]。通过阻尼器的合理应用，可以科学地设置在构件上，使其根据自身的变形程度，有效地吸收和消化地震带来的能量，减少地震对结构的作用。

6结论

设计人员需要认识到钢结构抗震设计对建筑结构安全使用的重要性和必要性，并加大对抗震设计方法的研究。根据场地的具体情况，既要选择场地地址和钢结构的抗震类型，又要科学地进行钢结构的抗震计算等各项操作，确保钢结构的抗震设计能够达到预期目标，有效地加强钢结构建筑的抗震性能，从而保证建筑使用的安全性和稳定性，为人们的安全使用创造更加理想的建筑空间环境。

参考文献

[1]张海滨.多高层钢结构框架结构抗震设计研究[J].低碳世界,2021,11(6):184-185.

[2]焦亚洲.建筑工程钢结构单层单跨框架的抗震加固设计方法[J].中国住宅设施,2021(5):80-81.

[3]汤嘉虹,宋鹤.高层框架-支撑体系钢结构建筑优化设计案例[J].山西建筑,2021,47(11):60-62.

[4]张磊.抗震设计在钢结构桥梁中的应用探索[J].交通世界,2021(12):136-137.

[5]齐军帅,杨书杰,陈琛,等.高强钢结构抗震性能分析及经济性评价[J].建筑结构,2021,51(7):73-77.