基于鋼框架結構抗震性能分析

劉建飛

（邢臺市建筑設計研究院有限公司 054000）

引言

鋼結構由于其有著輕質、高強、易于制作、建造靈活且抗震性能較好的特點，在現代化建設中被廣泛應用。但近年來，有學者通過對實際地震中受到損壞的鋼結構框架進行研究，提出了對鋼結構抗震性能的質疑，因為事實證明受非均勻變化力的影響，鋼結構的抗震性能確實有所降低。因此我們要站在不同角度下，從多方面入手，對鋼結構的塑性變形情況進行研究，以此達成對鋼框架結構的抗震性能的分析。

1 建立鋼結構框架模型

進行鋼框架結構抗震性能分析首先要建立相關實驗模型，模型選擇上，我們一般采用Q235B級鋼材，進行框架搭建，框架構件采用熱軋型鋼HW250×250×9×14，結構所在場地選取Ⅱ類場地：①對單榀框架進行受力分析，對其加載600kN的集中荷載和30kN/m的均布荷載，對梁和柱子采用剛節點設計，柱腳采用固定支架進行固定，頂部無相應支撐。②進行結構計算參數和結構模型構建，在鋼結構的結構模型上采取雙線性隨動強化構型，結構材質的屈服強度選取215MPa，而取彈模E則選取=200GPa，泊松比V選取0.30的，通過相關軟件對動力模型進行驗算，對其環境默認為理想環境，材質也默認為理想材質，亦滿足屈服階段的屈服原理。③選取結構模擬地震波，通過設備，在Ⅱ類場地中采用Taft地震波和埃而森特羅波，波動間隔時間為0.02s，抗震加速度為0.1g，總作用時間設定為20s。通過地震波的作用時間和作用類型對不同波動對結構進行作用，從而再將其影響進行對比，以得出相應結果。

2 鋼框架頂部位移結果分析

通過上述結構模型的反復試驗，我們可以看到不同地震波的作用下，鋼結構的頂部是有位移產生的，通過研究人員對不同地震波作用下的頂部位移繪制坐標分析圖（作用時間為橫軸，位移情況為縱軸），然后我們在根據這個坐標圖進行對比分析，從而得到不同地震波作用下的破壞性能以及最大位移情況。在得到后數據后，再通過計算機PKPM相關軟件進行軟件計算，我們可以得出：在選取100cm/的Taft地震波和150cm/的埃而森特羅波進行作用的時候，鋼結構是沒有被破壞的，沒有發生位移；而在300cm的波束作用下，結構遭到了破壞，其Taft地震波作用下最大位移是52mm，而在埃而森特羅波作用下卻產生了57mm的位移，由此可見，這個結果與鋼結構設計規范的相關要求還是有很大差距的，還無法滿足鋼結構設計規范的相關要求。

3 框架底部位移情況分析

通過比較，我們可以看到，鋼結構框架在不同波速和不同類型波形作用下，其會產生不同情況的位移和轉角，通過反復對比研究發現，當波速在100～150m的時候，柱腳雖有位移，但位移范圍在規范要求的范圍內，而隨著波速的增大，當最大到300/m時，其位移達到最大，影響也變得越來越大，由此可見，波速和波型會對結構柱腳造成相應的影響。

4 豎向地震荷載作用下的屈服情況分析

同樣，我們通過本文第一點中所說的鋼結構模型試驗，我們發現，其豎向的屈服強度在靜荷載和動荷載情況下是有所不同的：靜荷載情況下，我們以靜荷載600kN的集中荷載和30kN/m的均布荷載作用下發現，鋼框架梁的最大撓度是19，其頂部的最位移是13mm。而在動荷載作用下，當動荷載是600kN，振動周期為0.02s時，鋼框架梁的最大撓度是23，其頂部的最位移是10mm.由此可見，動荷載作用下的最大撓度會更大，這說明，在動力荷載作用下，鋼框架結構更容易達到屈服的極限，更容易被破壞。

5 塑性（韌性）破壞分析

我們根據本文第一點所說的單榀框架模型在不同地震波作用下的受力情況及變形情況進行分析，得出鋼框架結構在彈性和塑性方面的變化結果。原則上，從鋼結構框架本身的性能來講，其是有很好的韌性和塑性的，這對于抗震來說，是有十分有利的。我們通過上述模型試驗得出，采取不同加速度和不同的波形類型時，其塑性和韌性也是有所差異的，但總的來說，還是在標準設計的范圍內，這一結果來看其塑性和韌性是極好的。但我們在進行相關設計時，還是需要注意采取一些塑性階段的設計方法，以避免由于承載力過低，或者受力點過于集中，導致鋼框架結構本身遭到屈服破壞。

6 性能分析結果

①鋼結構頂端位移受波速的影響，當波速增大到300時，頂端結構位移達到最大，鋼結構達到屈服極限，會遭受到相關破壞。②從框架底部位移情況可見，在不同的水平地震作用下，抗震性能相對較好，但波速大于300時，也會造成明顯影響。③從豎向地震荷載作用下的分析情況來看，結構強度會隨著振動周期荷載的變化而變化，動力荷載作用下，鋼框架結構的抗震性能會下降。

7 結束語

本文通過建立模型，對其抗震性能進行分析，并得出相關影響抗震內容的因素，在未來的生產和生活中，高層和超高層建筑的修建過程中，鋼框架結構會有越來越多的應用，我們應需結合場地情況，對不同類型的鋼結構框架進行加固和改善設計，以更好的提高其抗震性能，造福百姓。

[1]莫遠昌.鋼框架結構抗震性能分析[J].技術與市場，2015（2）：64～65.

[2]徐松芝，袁朝慶.鋼框架結構抗震性能分析[J].科學技術與工程，2009，9（10）：2801～2803.