钢结构抗震设计方法探讨

康杰

（河北钢铁集团矿山设计有限公司，河北 唐山063700）

1 引言

我国的科技以及经济一直在持续发展，进一步促进了建筑工程规模的扩大。而在建筑设计当年中，抗震设计属于非常重要的设计环节，其会对建筑工程的使用稳定性以及安全性造成非常严重的影响。想要降低地震对建筑造成的危害，那么在对建筑结构进行设计的过程当中要对地震的危害、抗震设计方法以及抗震设计基本要求等进一步明确化，这样才可以使得建筑的稳固性得到提高。

2 建筑结构抗震设计包含的内容

按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》（2016 年版）（以下简称《抗规》）和JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）中的规定，建筑工程抗震设计的内容主要包含：场地类别、场地抗震地段划分、抗震设防烈度、地震分组、地震动参数、特征周期、抗震等级、建筑结构适用高度、地震计算分析、抗震性能设计、抗震概念设计、抗震措施以及抗震构造等；在《高规》当中又把钢筋混凝土构造建筑结构进行分类，主要包含：A 级高度以及B 级高度，并按照不同的地震条件以及场地完成各类结构体系的具体规定，主要包含：抗震等级、最大适用高度、抗震构造以及抗震措施等；这里对场地地质条件比较差（如Ⅲ场地以及Ⅳ场地）、抗震设防烈度比较高（例如，设计基本地震加速度为0.15g 的场地、设防烈度为Ⅶ度的地区、设计基本地震加速度为0.3g 的场地、设防烈度为Ⅷ度的地区）的建筑在抗震措施、抗震等级以及抗震构造等方面都具备具体要求。

3 钢结构存在的抗震优势

当前，广泛用于工程建设的砌体结构以及钢筋混凝土结构具备地震耗能效果差以及结构自重大等缺点。观察2008 年5 月12 日的四川汶川地震，从地震之后的灾害当中可以发现，倒塌的建筑物主要属于砖石结构。混凝土以及砌体之类的脆性材料具备较低的延展性，部件之间的连接属于刚性连接，结构在地震力的作用之下得到的变形比较小，不能对地震能量充分吸收。非常多的砖石建筑的自重比较大，各个组成部分的连接比较弱，并且不存在抗震构造措施，如环形圈梁以及构造柱等。这些建筑物会在地震的过程中倒塌，造成比较严重的人员伤亡。与钢结构以及砖石结构相比较，钢结构在抗震性能上存在非常明显的优势。质量轻以及强度高的特点可以保障在地震出现时，钢结构不会由于自身的质量而造成破裂情况的出现。钢材属于接近均质以及各向同性的材料，和材料力学的一些基本假设相符合，并且计算结果以及实际受力相匹配。

4 改善建筑结构以及抗震性的重要性

4.1 直接对人民群众的生命以及财产安全造成影响

建筑属于人们平常进行工作以及学习的重要场所。我国的城市化进程一直在持续加快，建筑物当中的人口密度变得非常高，如果发生地震，将会造成非常大的损失。我国的地震类型非常多，其发生频率相对比较高。为了保障人们生命以及财产的安全，提高建筑物的抗震能力是非常迫切的。

4.2 建筑企业发展需求

建筑企业发展需求包括：（1）近年来，地震灾害发生的概率比较高，面对这种大背景，人们对建筑物的抗震性能提出了非常高的要求。具备高抗震性能的建筑物在后续建筑市场发展的过程中成为一大主流。换句话来讲，建筑公司想要在未来的市场当中站稳脚步，最重要的就是不断提高建筑物的抗震性。（2）建筑企业在社会责任方面的体现就是使得建筑物的抗震能力得到加强，这种防震目标需要大家共同努力，其中建筑业需要起到带头作用[1]。

5 钢结构抗震设计方法

5.1 Pushover 分析方法

Pushover 分析方法是在能力谱方法的基础上不断发展而来的。这种方法可以获得结构在弹塑性状态下的具体强度以及变形情况，并且还可以清晰地发现结构在动力作用下存在的薄弱环节。该方法是对某个结构增加水平载荷，最终实现给定的目标位移，从而可以分析结构的破坏过程以及非线性变形能力。换句话来讲，Pushover 分析是把多自由度系统转换为单自由度系统（等效的），并在等效的单自由度系统基础上完成整体承载力的研究。性能抗震设计方法一直在持续发展，Pushover 分析方法已经成为基于性能抗震设计当中比较重要的工具。

5.2 增量动力分析方法（IDA）

增量动力分析（IDA）指的是持续调整每个地震波的具体振幅，从弹性阶段一直持续到屈服阶段，然后从弹塑性阶段再次持续到结构破坏状态，然后对结构当中的不稳定状态进行分析。在这个过程当中，执行了非常多非线性动力学的分析。面对不同地震级别，该方法可以反映结构的抗震能力，主要包含结构的强度、变形过程以及刚度等。在实施IDA 方法中，需要选择一些具备代表性的地震波。确定结构状态变形以及地面强度之后，利用地震加速度的调整，实施时程分析。生成的时间历史分析曲线属于IDA 曲线，该曲线在分析中可以利用需求以及容量系数方法等完成性能评估。通过研究可以表明，IDA 方法可以与Pushover 分析方法在使用的过程中可以相互结合，这样才会使得钢结构的具体抗震性能评估具备有效性。

6 钢结构抗震存在的问题

首先，钢结构在地震当中的具体作用问题，即在建筑物的抗震设计过程中，没有充分意识到钢结构在弹性阶段具备低阻尼以及良好延展性的特点，这样就会使得抗震设计中的用钢量比较大，钢结构在地震当中具备较大的作用，那么就会使得钢结构在抗震当中进一步遭受影响。其次，钢结构设计不具备合理性。钢结构的抗震调整系数、实际承载力以及梁与焊缝的连接强度比较大，这样就无法达到基础材料的具体强度，进而对高层钢结构的具体设计起到限制的作用，会严重影响钢结构的具体抗震性能。因此，一定要仔细研究这些问题。通过计算钢结构的具体地震响应系数，优化结构的地震响应系数，进一步改善钢结构的抗震性能，最终提升钢结构的抗震效果[2]。

7 结语

钢结构和一般的钢筋砌体结构以及混凝土结构相比较，具备施工速度快、回收率高以及抗震性能好等优点，可以在大跨度的公共建筑、大空间、工业厂房以及多高层住宅楼当中进行使用，其发展空间非常空阔。因此，需要对钢结构抗震性能进行研究，优化抗震设计，为钢结构工程的安全提供保障。