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摘要：

本文探討了目前鋼結構抗震設計中存在的兩個主要問題：其一是鋼結構地震作用，由于多層和高層鋼結構房屋被列入“建筑抗震設計規范”（GB9001－2001）中。沒有考慮鋼結構塑性好和彈性階段阻尼比較小的特性，使得鋼結構地震作用較大，偏高用鋼量；其二是鋼結構承載力抗震調整系數對梁和焊縫的規定與母材強度低于焊縫強度的實際而不符，本文對現在抗震規范作用的相關要求、“抗震動態與建筑工程理論設計原則”和UBC關于美國規范的地震波動作用進行了比較和分析，按照鋼結構的承受能力將體系化分為四大類，在上述理論將體系調整系數引入，對結構的抗震作用，提出恰當意見，對梁柱剛性連接體系，從抗震設計角度分析，對設防烈度區分別建議了適合采用的連接形式，并給出了小震和大震下的設計驗算公式。

關鍵詞：

鋼結構；地震作用；梁柱剛性連接；門式剛架抗震設計

我國每年有超萬億噸之多的鋼產量，加快我國的鋼產業政策由長久采取的“節約鋼材”變為“合理用鋼”、“鼓勵用鋼”，所以鋼結構的用量有良好的前景。我國為地震區的城市有很多，因此應該按照規范進行抗震分析和設計。

1鋼結構抗震分析

1．1鋼結構躍層加層動力分析概述古今中外，地震災害造成的損失是難以估量的，在地震災害中，我們付出的代價是慘重的，與此同時也取得了大量而寶貴的經驗和知識。通過對震后的調查和研究表明，造成震害的主要原因之一是建筑立面與平面不規則。豎向抗側力構件不連續是躍層加層房屋加固和改造形式的特點，從豎向看，抗側力較小，在加層標高處，剛度易形成突變，因此從建筑立面規則性方面思考，此結構根本對抗震設計無用。所以為了避免抗震造成的不利影響，應采用有良好抗震性能的鋼結構，能在一定程度上彌補躍層加層技術布置的不合理。鋼材是勻質材料且各項同性，有延性好、質量輕、強度高的特點，為達到建筑抗震的要求，鋼結構是使用的材料之一。當地震作用時，鋼結構框架由于鋼材強度高和均勻的材質，因而結構的穩定性和可靠性較大；鋼結構房屋的自重輕，因為鋼材的強度大和質量輕，從而地震波動作用對結構的作用會減??；因為鋼結構延性性能較好，所以鋼結構具的變形能力很大，房屋在很大的變形下也不會倒塌，從而結構的抗震安全性得以保證。

1．2抗震性能的特點良好的抗震性能是鋼結構的特點，概括起來主要包括以下方面：（1）鋼材材質均勻，受力性能各項同性，有韌性好、強度高、質量輕等優點，在震波的受力作用下，由于鋼材的材質均勻，整體受力，質量輕，強度可靠，因而鋼結構的房屋可靠性和穩定性大；（2）由于剛架結構自重輕和整體性好，較能承受地震的波動，使地震作用變?。唬?）因為采用壓型鋼板，使墻面和屋面具有很好的蒙皮作用，使地震作用減少；（4）鋼結構形式建筑的房屋，較低矮，亦使房屋能夠承受地震波動；（5）采用端板半剛性連接梁一梁和梁一柱的剛架，當地震作用，外力很大，超過設計荷載時，彈塑性變形增大，彎矩增大，降低了受彎承載力，變形增大，具有良好的延性。

1．3結構地震反應理論分析方法從古至今，地震很難預測，預防措施是減少地震災害最主要的方法，臨時性的地震預報可減少經濟的損失和人員的傷亡，但這是不可能的。結構抗震最好的預防措施是采取可行有效的設計方法，使結構抗震能力提高，避免結構的大裂縫和倒塌，避免經濟損失和人員傷亡。隨著科技進步、經濟的發展、人們抗震理念的深入，建筑的抗震設計隨著抗震理論的加深而成熟，抗震設計的科學領域已經形成且龐大。目前正在發展中的概率彈塑性理論和靜力理論、反應譜理論、直接動力分析理論是結構抗震設計理論發展經歷的4個階段。結構地震反應分析方法的理論基礎是根據結構抗震設計理論而定的，時程分析法、振型分解反應譜法和底部剪力法是地震作用分析方法的三個基本方法。

2鋼結構抗震設計

2．1梁柱剛性連接抗震設計鋼結構梁柱剛性連接脆性斷裂是造成日本阪神地震和美國北嶺地震人員傷亡和經濟損失的直接原因。此后許多專家做了大量的實驗，根據實驗結論，提出了防止斷裂的方法和預防措施，可以降低構件脆性，提高構件延性，防止節點處脆性破壞的發生，現行規范沒有納入這些成果。目前我國常用鋼結構連接形式是栓焊混合連接梁柱剛性連接，它具有節省鋼材、構造簡單、節約工期等優點。但這種形式的節點不用于美國北嶺，嚴重的脆性斷裂是這次地震中房屋倒塌的主要原因，為此經專家分析發現，有效地提高節點塑性轉動能力的方式就是在抗剪板和梁腹板之間補焊，為了避免現場焊接的梁柱連接缺陷也可以采用梁一梁拼接型式。

2．2門式剛架抗震設計門式剛架與傳統的單層房屋有差距，因為自重相對較輕，采用輕型墻面和屋面。因此《抗規》規定，普通鋼廠房的抗震規定對單層輕型的鋼廠房不適用?！堕T規》對此做了如下規定：（1）從設計方面出發，單層輕型門式房屋鋼結構的質量較輕，對7度以下抗震烈度設防地區，抗震驗算不用進行，當抗震設防烈度大于s度時，結構的縱向和橫向框架應該進行相關的抗震驗算和分析以便于居住。（2）當由地震控制設計由效應組合作用時，在構造上，采取相應的抗震措施來針對輕型鋼結構的特點。比如，按屈服強度的1．2倍來設計支撐連接處的承載力；宜加腋來提高斜梁下翼緣和剛架柱連接點處的承載力，應減小該處翼緣受壓區域內的寬厚比；適當的用強度高的螺栓對構件進行加固和連接；把抗剪鍵設置造柱腳底板，要增強高錨栓的抗剪力和抗拔力應采取必要措施；適當的提高抗拔承載力和抗剪承載力和抗扭矩承載力。（3）低矮是單層輕型門式剛架鋼結構房屋的特點（一般不超過18m，高度小于40m），且質量集中在上部，主要的受力形式是剪切受力，近似于單質點體系的結構，符合《抗規》第5．1．2條規定，進行抗震計算分析的方法可用底部剪力法；根據《抗規》第9．2．5條，結構阻尼比取0．045－0．050。應按照附錄H．2和《抗規》9．2節來進行抗震設計單層及多層鋼結構工業廠房（單層輕型鋼結構廠房除外）。

3結語

在對美國UBC規范的地震作用、“建筑工程抗震性態設計通則”和現行抗震規范比較分析的基礎上，從抗震設計原則出發，針對剛性連接的梁柱，對于結構，我國采用“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設計理念，按大震驗算和小震設計的方法來落實到設計規范上。線彈性和塑性是結構的特點，振型耦合的疊加原理可以來反應地震波動。結構的基礎與土層之間無直接相互作用，所以全部支座處的地震波動相同，最大的地震反應是結構的最不利地震反應。

參考文獻

［1］渡邊邦夫．鋼結構設計與施工．北京：中國建筑工業出版社，2006．

［2］王國周，瞿履謙．鋼結構—原理與設計—．北京：清華大學出版社，2005．

［3］歐陽可慶．鋼結構（上下冊）．上海：同濟大學出版社，2008

作者：管西亮 何緒家 單位：山東科技大學土木工程防災減災重點實驗室 山東科技大學土木與建筑學院