試論多高層鋼結構住宅抗震性能

陳 志 峰

(山西省煤炭規劃設計院，山西 太原 030045)

隨著建筑行業的發展，居民對建筑的安全性以及抗震性等功能要求不斷提高。在住宅中應用住宅鋼結構可以提高建筑的整體性能，對推動住宅產業化等具有重要意義。通過研究住宅鋼結構的結構體系等，分析其具體應用的各項理論，推動鋼結構住宅抗震性能不斷提高。

1 住宅鋼結構的抗震結構體系

1.1 多高層住宅鋼結構的基本功能

多高層住宅應用鋼結構的主要目的是提高建筑的整體性能，使其可以應對來自不同方面的沖擊，而建筑的各個結構可以在應用過程中保持其完整性，方便其后續使用。一般來說，多高層住宅需要承受其本身重力和其居住人員、設備的重力，同時也需要承擔因為風力和地震等導致的側向力。因此，必須加強對建筑結構性能的重視，保證其在重力和側向力等的影響下仍然可以保持其結構的完整性，避免出現建筑變形等問題。根據不同的鋼結構抗側力結構體系，可以劃分成為不同的種類。

1.2 純鋼框架結構

多層鋼結構中應用較多的結構體系即框架結構，該類框架結構主要是通過輕質墻體、屋面板以及基礎等多種因素組成，小開間密柱式結構和大跨度結構是其柱網布置的主要方式。相比較而言，前者可以滿足建設的經濟性等方面的要求，對應的樓板厚度等會變薄，結構的自重等也會逐漸減輕，但是住宅的空間布置等會受到影響，導致后期建筑可變性等受到影響。大跨度結構的平面布置相對比較靈活，其空間的可變性等較小開間密柱式結構明顯加強，其應用過程中的經濟性相對較差。鋼框架對地震的作用不是特別明顯，對減少抗側力等具有重要作用，有助于提高建筑物的特性，推動其實現長遠發展。施工過程中要加強對全焊接型節點和全螺栓型節點以及其他類型節點處理的重視，調整其具體的定位等，注意H型柱截面腹板的厚薄，推動各項工作順利開展。

1.3 框架—支撐結構體系

框架—支撐結構體系主要由中心支撐結構和偏心支撐框架結構組成。中心支撐結構應用過程中，必須加強對其不同框架的重視，通過調整不同部位的位移等，推動相關工作順利開展。同時，為了提高框架結構的抗震性能，需要加強對偏心支撐框架的重視，保證其應有的剛度和強度等，提高其應對抗震的可行性。多高層鋼結構還包括伸臂及帶狀桁架結構、鋼框架—混凝土剪力墻結構等，其不同結構的受力特點和整體結構等都存在一定的差異，通過綜合運用多類體系，推動相關工作順利開展。

2 抗震設計的基本方法

2.1 底部剪力法

與其他計算方法相比，底部剪力法計算相對比較簡便，主要利用彈性地震反應譜理論等展開研究，使其總的地震剪力和單質點的水平地震作用等相等，在此基礎上確定相關的水平地震作用以及其高度分布等內容，推動相關工作順利開展。其在計算過程中需要應用相對較多的公式，工作人員必須嚴格按照步驟開展相關計算工作，提高計算的精準性，方便為后續相關工作奠定基礎。

2.2 反應譜法

以單質點的彈性體系為主體，基礎是其在實際地震過程中的反應等，開展具體的結構反應分析等工作，這便是反應譜法的基本原理。再結合地震譜曲線等內容，結合具體理論開展計算，即可將建筑物應對實際地面運動時的反應等表示出來，對后期相關工作開展具有重要作用。一般來說，以地震作用為分類標準，振型反應譜法可以劃分為平動的和扭轉耦連的兩大類。而平動類型的是分析無扭轉結構抗震分析時應用的一種基本方法，通過分析某個結構在某個方向的運動，結合計算機繪圖等，推動相關工作按計劃開展。不對稱結構抗震分析工作開展主要應用扭轉耦連的振型分解反應譜法，其計算公式等與平動的計算公式之間存在一定差異，通過使用CQC法可以合理開展后續計算。不可否認的是，反應譜法在應用過程中仍然存在一定的局限性，必須正視其優缺點，合理開展應用分析等工作，推動反應譜法不斷改進，促進其在后續計算等工作中發揮更大的作用。

2.3 時程分析法

上述兩個計算開展過程中，主要是以地震反應譜來開展設計計算，應用的原理主要是推動地震作用和等效水平靜力荷載轉換。而在考慮地震后的彈性形變以及變形擴大系數等之后，可以計算彈塑性變形，其計算簡化后也對其計算的安全度等產生了一定的影響。時程分析法也稱動態分析法，通過運用運動方程等開展后續計算，推動相關計算等順利開展。該類分析方法在分析結構應對地震的反應情況以及提高抗震設計水平等方面具有重要作用，必須加強對其應用模型等的重視，合理應用計算方法，推動其分析等按照計劃順利開展。

3 多高層結構住宅抗震性能分析

在對多高層結構住宅開展抗震性能分析時，首先應當建立具體的模型，通過完善鋼結構模型的長度、高度、寬度以及整體形狀和鋼材的具體形狀性能等，結合其鋼框架，建立合理的三維有限元模型。首先就其在SAP2000中的模態展開分析，綜合運用相關聯的線性分析方法，推動相關工作按照計劃順利開展。該類方法也可以稱為振型疊加法。通過使用該類方法，其計算過程中的數值求解時間等相對較短，計算方法也更為簡潔。而通過模態分析可以及時開展其固有頻率和振型提取等工作，推動相關工作順利開展。開展SAP2000的反應譜分析時，需要對其進行系統的認識分析。從本質上講，該類分析方法實質上是一種擬動力分析法，在計算質點的地震效應之后，結合統計等方法開展反應譜的曲線繪制工作，推動后續結構分析等工作的順利開展，需注意，結構分析過程中主要應用靜力方法。由于時程分析法計算過程中需要考慮的因素相對較多，計算量等也明顯多于其他類型的反應譜方法，因而在實際計算過程中，工作和設計人員更多應用反應譜法來開展地震作用分析等工作。平均值是反應譜分析的主要數值，結構中的位移最大值以及具體構件受力的最大值等都是反應譜分析的輸出結果。底部剪力法和振型分解法都是計算結構地震作用過程中經常使用的方法，前者在計算低層建筑的過程中可以發揮有效作用，但是在計算高層建筑的過程中，其考慮的振型等都存在一定的缺陷，導致最終的計算結果受到影響。因此，主要使用振型分解反應譜法來開展高層建筑結構計算和分析等工作。由于反應譜法圍繞靜力來開展相關計算，因而其對結構動力的反映等并不真實，忽略了一定的具體條件。因而在追求精確度的計算過程中，主要使用時程分析法來開展相關計算，該類方法可以考慮動力荷載對結構的影響，其計算結果的準確性等都明顯提高。但是不可否認的是，該類計算在開展過程中受到計算量等的影響，耗費的時間精力相對較多。隨著現代科技和計算機技術的迅速發展，其計算應用的專業化軟件等已經開發出來，對該類分析計算方法的推廣具有重要意義。線性時程分析法開展過程中，主要圍繞結構的基本動力微分方程開展相關計算，因此，在計算過程中，必須加強對計算步驟等的重視，合理考慮質量矩陣以及節點的速度、加速度和絕對位移等，借助時間函數來分析動力荷載，推動后續計算分析等工作順利開展。

4 結語

多高層鋼結構住宅是隨時代發展而不斷發展的一種住宅，其在抗震等方面具有優良性能。不可否認，當前，我國多高層鋼結構發展與國外相比仍存在一定的差距，導致其具體的性能等不能發揮出來，必須及時開展先進技術引入，促進本國技術發展，推動多高層鋼結構建設發展進步。