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摘要：隨著人口的增長以及經濟的發展，地震對民眾生命財產安全的威脅不斷增大，民眾對鋼結構抗震能力要求提升。但鋼結構在設計及施工時會受到不同因素影響，文章通過對抗震概念設計的梳理，結合震害對鋼結構產生的影響提出優化設計。

關鍵詞：抗震設計；鋼結構；優化設計

鋼結構由于自重輕、強度高、韌性及塑性好、裝配化程度高、綠色節能等諸多優點，深受建筑師及結構師青睞，被廣泛應用，尤其在大跨度超高層方面優勢明顯。在我國一系列政策的鼓勵下，鋼結構工程發展迅猛，迎來行業發展的春天。由于我國處于多條地震帶上，地震災害頻發，給人民生命財產安全帶來極大威脅。因此必須認真研究鋼結構抗震性能，優化設計與施工，為廣大人民群眾提供安全可靠的鋼結構建筑。

1抗震概念設計

所謂概念設計是指根據地震災害和以往工程經驗形成的設計原則和設計思想，在這些理念指導下進行建筑結構的平面和豎向布置，并進一步細化完善的設計過程。抗震概念設計有助于幫助設計師明確抗震設計思路，恰當運用抗震規范中的設計原則，在結構計算前做到思路清晰，心中有數，少走彎路?！犊拐鹨幏丁?.5節明確規定：第一，結構應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；第二，應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力；第三，應具有良好的變形能力和消耗地震能量的能力；第四，對可能出現的薄弱部位，應采取加強措施提高其抗震性能。關于平面和豎向布置《抗震規范》及《高規》均有明確要求。具體概括為：建筑物要優選體型，盡量做到平面豎向規則對稱，整體性好；建筑物宜有多道防線，避免局部削弱形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形；結構在兩個主軸方向的動力特性宜接近；平面上盡量避免凹凸不規則，扭轉不規則，樓板不連續；豎向盡量避免側向剛度不規則，抗側力構件不連續，樓層承載力突變等。這是結構工程師應該具備的基本設計理念，按照這些原則進行結構布置，結構計算的重要控制性指標不會有太大偏差，計算結果能夠控制在合理的范圍內。

2鋼結構震害分析

鋼結構破壞大致分為兩類：一是整體破壞，即結構整體坍塌；二是局部破壞，包括出現超過規范允許的位移和變形，構件喪失承載能力，連接節點開裂松動，失效等。鋼結構房屋在強震作用下往往表現為強度有余而側向剛度不足。在往復地震力作用下鋼結構會產生如下破壞形式：其一，結構坍塌，這種破壞形式多是由于豎向剛度分布不均勻，樓層承載力突變，形成薄弱層引起。其二，梁柱節點破壞，歷次震害表明，節點破壞是發生最多的一種破壞形式。由于鋼結構的特殊性，鋼材本身可能存在材料缺陷，施工過程中焊接或螺栓連接也可能存在缺陷，設計上構造不合理等原因，梁柱節點處容易產生應力集中或受力不均勻，地震力作用下會出現裂縫，焊接脫落，脆性斷裂，加勁板或腹板的層狀撕裂或屈曲等。其三，豎向支撐的整體或局部失穩，支撐為結構提供了較大的側向剛度，地震力作用下，支撐構件的軸向力加大，一旦超出其臨界力，即發生失穩。局部失穩多發生在梁柱翼緣，由于截面尺寸構造不合理，如長細比或寬厚比不滿足規范要求震作用下可產生構件的屈曲失穩，發生破壞。其四，柱腳破壞，由于地腳埋置深度不滿足計算要求，承受較大水平力的柱腳未布置抗剪鍵或抗剪鍵布置有誤，柱腳混凝土短柱配筋不足等原因，柱腳會發生由于混凝土破碎或柱腳拔出而造成柱腳破壞，引發結構倒塌。

3鋼結構抗震優化設計

3.1合理選址

《抗震規范》3.3.1條規定：選擇建筑場地時，應根據工程需要和地震活動情況，工程地質和地震地質的有關資料，對抗震有利，一般，不利和危險地段作出綜合評價。對不利地段應提出避讓要求；無法避開時應采取有效措施。汶川地震及歷次震害表明在發震斷裂帶上建造的房屋，會遭受毀滅性破壞。

3.2合理選材

建筑用鋼結構材料主要分為鋼材和連接材料兩大類。材料性能好壞直接影響到鋼結構的可靠性。設計師應綜合考慮結構的重要性，荷載特征，結構形式，應力狀態，連接方式，工作環境，材料厚度及價格等因素，選用合理的材料以保證結構安全。

3.3合理設計

第一，選用合理的計算模型，真實模擬結構的受力狀態。對體型復雜，結構布置復雜的建筑，宜采用有限元模型分析，并至少采用兩個不同的力學分析軟件進行計算。第二，計算簡圖的簡化一定要符合結構實際受力狀態。第三，局部受力復雜的構件，宜按照應力分析結果進行校核。第四，對軟件分析的結果，應判斷其合理性，切勿盲目照搬。

3.4節點設計

（1）柱腳節點設計。柱腳通常分為三大類：外露式柱腳，外包式柱腳，埋入式柱腳。其中，抗震設計時優先采用埋入式柱腳。埋入式柱腳適用于獨立基礎，條形基礎，筏板基礎及樁承臺等。柱腳的埋入深度應按照計算確定，并不小于構造要求。由于柱底彎矩和剪力是通過混凝土受壓來傳遞，故埋入式柱腳對其周邊混凝土保護層厚度及配筋均有嚴格規定，并對混凝土施工也有嚴格要求。由于埋入式柱腳就位后澆筑膨脹混凝土，鋼柱校正難度加大，因此，軟弱地基不宜采用。（2）梁柱節點設計。梁柱連接分為鉸接和剛接兩類：第一類，鉸接。梁柱鉸接連接一般是梁腹板與柱翼緣通過螺栓連接，為保證梁端有足夠的轉動能力，應控制連接角鋼的厚度，梁端與鋼柱間應留有縫隙，應使連接板受剪屈服先于焊縫屈服和螺栓失效，以保證計算假定與構造相吻合。第二類，剛接。梁柱的鋼架連接通常采用全焊接，栓焊混合，帶懸臂梁的栓焊混合及帶懸臂梁的全螺栓連接等形式。設計中經常采用栓焊混合連接方式。這種連接形式簡單，便于現場安裝，容易保證結構安全。抗震設計要求強節點弱構件，這種連接通常會采用在梁上下翼緣處增加楔形板或加蓋板以增加焊縫的長度和厚度，來滿足構件屈服時連接不破壞。若以上兩種方式仍不滿足要求，設計師還可采用狗骨式節點，通過削弱梁端全塑性受彎承載力來滿足規范要求。

4結束語

結構設計師應分析各類震害，總結經驗，理清思路，不斷完善設計，保證人民群眾生命財產安全。

參考文獻：

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[3]王立軍.GB50017—2017《鋼結構設計標準》簡述[J].鋼結構,2018,33(6):77-79+114.

作者:李少英 單位:煙臺市勘察設計審查服務中心