建筑工程中钢结构的抗震设计要点研究

建筑工程中钢结构的抗震设计要点研究

颜惠平

中南建筑设计院股份有限公司 湖北武汉 430071

摘要：科学、合理的钢结构设计方案能够有效提高建筑结构的安全性和稳定性,延长建筑结构的使用寿命。因此,设计人员必须充分认识到抗震设计的重要性,加大研究力度。在实际工作中,设计人员应结合施工现场的实际需求,加强对相关节点设计的重视程度,同时做好施工场地、抗震类型、施工材料的选择以及相关计算工作,从而增强钢结构的抗震效果,为人们创造良好的居住空间。

关键词：建筑工程；钢结构；抗震设计

1钢结构概述

钢材强度高，在满足稳定的前提下，钢构件截面要比其他材料要小，大幅减少了构件占据空间的体积，提高空间利于率。随着钢产量不断增加，材料成本降低，钢结构在建筑工程中使用逐渐扩大。由于其可实现工厂化，统一标准化施工，不仅缩短施工时间，同时钢结构生产工厂化标准化技术的发展，对建筑业的技术改进起到了推波助澜的作用。与其他材料相比，钢结构有独特优势。首先，钢材的强度和强重比高、塑性和韧性好。钢材在受力状态下，当其内部应力超过允许应力时，不会因发生突然断裂，还可以继续抵抗外部荷载。这种在受到外力作用虽然产生较大变形但不发生断裂的性质，对结构的抗震性能提高十分有利。可以避免因突如其来的地震力而使结构发生整体垮塌。有利于减小地震力带来的结构破坏，减少人员伤亡和降低经济损失。其次，钢材质地均匀，更符合材料的计算假定条件，在进行钢构件和结构设计时，能使计算模型的内力情况与实际相吻合而清楚各构件的实际受力情况，即安全又经济。第三，钢结构实行工厂标准化生产，产品质量好，施工现场安装，不仅施工效率得到提升，而且施工质量得到保证。因此，钢结构满足设计人员更高的建筑需求。

2钢结构设计原则

2.1保证结构的稳定性

在设计钢结构时,设计人员必须加强与相关部门的联系,同时深入了解业主的需求与施工方的技术水平,综合考虑各种影响因素,加强对现代信息技术的应用,从而提高设计方案的可行性与科学性,避免数据出现误差。此外,为进一步保证钢结构的稳定性,设计人员可利用BIM（建筑信息模型）等先进技术或软件进行辅助设计,实现设计方案的最优化。

2.2坚持“强柱弱梁”的原则

一旦发生地震,建筑就会承受极大的外界应力,这种应力会严重破坏建筑物的梁柱结构。若柱结构损伤较大,则极有可能导致整个建筑坍塌。为此,设计人员必须按照“强柱弱梁”的原则落实钢结构的设计和建造工作。实践证明,坚持“强柱弱梁”的设计原则可在一定程度上减小柱结构的荷载。在工程中,设计人员可以将塑性铰安装在梁结构上,从而避免在地震发生时,柱结构首先受到冲击。因此,这一设计原则符合建筑抗震设计的要求。通常,在地震灾害发生时,柱结构坚持的时间越长,建筑物的整体稳定性就越好,就越不容易发生变形、坍塌等问题,进而更好地保证人们的生命财产安全。

2.3全面分析斜柱的受力情况

当前,我国建筑行业正保持着迅猛发展的态势,形状不规则的建筑逐渐增多。这类建筑在给大众带来新奇感的同时,也对斜柱的应用以及钢结构的稳定性提出了更高的要求。设计人员除了要在设计图纸上明确标注斜柱的位置外,还应充分考虑其受到的水平荷载和垂直荷载,进而在此基础上科学计算出该构件的压力值。受力分析越全面、越准确,钢结构设计方案就越完善,斜柱的受力就越平衡。

3钢结构抗震设计要点

3.1优化建筑抗震性能

在对建筑结构进行优化设计时,设计人员首先需要重点考虑钢结构的抗震性能,这是因为钢结构的抗震性能通常直接决定着整个建筑结构的稳定性和可靠性。所以,为了能够从根本上提高建筑结构的设计水平,延长建筑的使用寿命,设计人员必须合理优化钢结构的抗震性能,为后续工程的顺利进行打下良好的基础,从而提高工程建设质量。此外,在建筑工程的设计环节,设计人员应明确工程的建设目标,同时深入施工现场进行实地考察,为后续的设计工作积累参考数据,从而保证设计方案的可行性。需要注意的是,在进行钢结构设计时,设计人员还需要及时更新设计理念,进一步优化钢结构设计方案,最大限度地提高整体结构的抗震性能,进而从源头上降低地震灾害对建筑结构的影响,为人们营造更加安全、舒适的居住环境。

3.2施工材料选择

施工材料是建筑工程的物质基础,合理选择施工材料是提高建筑结构抗震性能的关键。当前,建筑市场上有各种各样的施工材料,它们的质量参差不齐。因此,在采购施工材料时,采购人员必须全面了解不同产品的具体性能和质量。在施工材料运抵施工现场后,管理人员应采取抽样检测的方式来保证施工材料的质量和性能。此外,管理人员还应根据施工材料的类型来分类保管,以免影响其使用性能。总之,相关人员只有从采购、质检、保管等多个环节着手,不断加大管控力度,才能更好地保证建筑工程的建设质量。

3.3抗震计算方式

地震作用计算是结构抗震设计中的重要一环,也是进行构件断面设计的基础。在对钢结构进行抗震计算时,设计人员大多采用振型分解反应谱法。但如果钢结构的整体结构形式较为特殊或复杂,那么设计人员需要采用时程分析法进行补充计算。在具体的设计环节,设计人员需要根据当地的抗震设计要求进行合理设计,然后结合建筑工程的实际情况以及该地区的地质结构进行优化设计,从而全面保证钢结构的安全性。需要注意的是,对于甲类、乙类建筑,设计人员还需要进行内力计算,调整抗震措施。

3.4相关节点设计

（1）柱脚节点设计。一般情况下,柱脚的形式可分为外包式、埋入式和外露式。在高层建筑中,设计人员应优先使用埋入式柱脚,因为这种柱脚可以直接埋入基础（基础梁）内部,且锚固效果较好。但是,受到钢柱的影响,基础钢筋施工难度较大。所以,在确定好柱脚埋藏深度后,设计人员必须根据建筑工程的具体建设需求以及受力情况,准确计算出相关参数。而对于建筑高度不高、抗震设防烈度较低的建筑,设计人员可以采用外包式柱脚。外包式柱脚对基础钢筋施工方面的要求较为宽松,多用于单层建筑。

（2）节点设计。一般来说,节点主要采用铰接和刚接这两种方式。①铰接。在使用铰接来连接钢柱节点时,设计人员主要利用栓柱将梁腹板和柱翼缘连接在一起,从而为栓柱两端提供足够的转动能力。在具体的连接过程中,设计人员需要注意控制好连接端板的厚度,以保证梁端和钢柱之间存在一定宽度的缝隙。同时,设计人员还需要保证计算假定和构造要求相一致。②钢接。在此环节,设计人员需要采用全焊接或者栓焊混接的方式来连接梁柱节点。这种连接方式简单便捷,能够很好地保证各个结构的安全性。在对钢结构进行抗震设计时,设计人员通常需要采用“强节点、弱构件”、在上下翼缘添加盖板、增加楔形板等方式来增加焊缝的整体厚度和长度,从而保证各个构件在屈服状态下不会轻易遭到破坏。

结束语

在开展钢结构设计工作时,设计人员应根据国家相关标准的要求,明确结构设计要点,并最大限度地保证整体结构的安全性和可靠性。由于在同等荷载条件下,钢结构比传统混凝土结构尺寸更小、厚度更薄,因而其抗震性能更优。但与此同时,钢结构在实际应用中也更容易因受到外界因素的影响而出现失稳的问题。为此,设计人员必须在设计过程中,对每一个构件进行全面分析,保证各项计算结果的精准度以及钢结构布置方案的科学性和合理性,从而进一步延长建筑的使用寿命。

参考文献

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