鋼結構抗震分析與優化設計解析

岑姿霖

摘 要：隨著城市化建設的不斷推進，人們生活質量的不斷提高，對建筑的安全性提出了更高的要求，國家為保障鋼材安全性能，不僅制定出臺相應的強制性國家標準，并對提高鋼材安全性能，進行了大量卓有成效的研究和科研攻關，使得鋼材性能得到進一步的提升，為建筑工程用材作出巨大貢獻。間接的增強建筑的穩定性以及抗震性，為人們的生命財產安全提供重要的保障。相對于其他建筑結構來說，鋼結構雖然具有更強的抗震能力，但對抗震設計的要求也相對更高，且容易受到多方面因素的影響。為此，本文簡單闡述了抗震概念設計，并對鋼結構抗震以及抗震優化設計進行分析。

關鍵詞：鋼結構;抗震設計;優化設計

引言

由于鋼結構具有強度高、裝配化程度高、塑形強、綠色節能、自重輕以及韌性強等多個優勢特征，在建筑行業得到了廣泛應用，亦受到諸多建筑師的青睞。同時，在黨和政府的高度重視下，通過制定出臺一系列技術操作規范標準等支持和扶持政策，促進了鋼結構工程的科學快速發展。

由于我國處于多條地震帶上，導致地震災害頻發，對人民的生命和財產安全帶來了極大的威脅，所以對鋼結構抗震設計進行深入分析，不僅有助于行業健康發展，更對保障人民群眾安居樂業有著重要意義。

1 抗震概念設計

抗震概念設計主要是指：根據以往的工程經驗和地震災害情況所形成的設計思想、設計原則，并依據這些原則和理念對建筑結構的豎向以及平面進行布置，并對這一過程進行精細化改進和完善的設計過程。

在《建筑抗震設計規范》中對所有建筑提出了具體的要求和規定：一是在設計中，應該保證結構具有科學合理的地震作用傳遞途徑以及清晰明確的計算簡圖，以保障結構抗震性能的充分發揮。二是應該充分考慮整體結構的完整性和可靠性，以免因部分構件或結構的破壞狀況，致使整個結構的負荷承載能力或者抗震能力受到不良影響。三是應該針對可能存在或出現的薄弱位置進行及時的強化和加固，以確保結構的抗震性能。四是結構應該具備良好的地震能量消耗能力以及變形能力，以提升結構的抗震效果。

因此，在進行實際的設計工作中，設計師應該嚴格按照這些原則和規定進行結構布置，并確保結構計算中重要控制性指標的準確性，將其偏差控制在合理的范圍內，從而保證計算結果的可靠性，

2 鋼結構震害分析

就鋼結構破壞來說，主要分為整體破壞和局部破壞兩種，而鋼結構的破壞形式主要包含了以下三個方面。

第一，豎向支撐的局部或整體失穩。在地震力會增強支撐構件的軸向力，當超過臨界點時則會引發失穩的現象。在梁柱翼緣多發生局部失穩，主要是因為截面尺寸構造沒有符合規范的要求，從而產生破壞現象。

第二，柱腳破壞。該破壞形式主要是因為地腳埋深沒有符合計算的要求，存在混凝土短柱配筋不足、柱腳抗剪鍵設計有誤差等問題，致使柱腳出現混凝土破碎或柱腳拔的狀況，導致柱腳破壞。

第三，結構坍塌。該破壞形式主要是因為其豎向剛度分布缺乏一定的均勻性和規則性，致使樓層的承載力產生突變，引起結構的坍塌。

第四，梁柱節點破壞。節點破壞是發生次數最多的破壞形式，原因主要以施工中焊接不規范、螺栓連接不緊密、構造設計不合理等問題為主，造成梁柱節點處出現受力不均或應力集中的狀況，在地震力的作用下導致其出現、焊接脫落、脆性斷裂等現象。

3 鋼結構抗震優化設計

3.1 合理選址

以往發生過的歷次地震數據表明，建于地震斷裂帶上的建筑帶來嚴重的破壞后果，對人們的生命財產安全存在著嚴重的威脅。因此，針對工程建設的選址應該結合地震的活動情況與工程的實際需求著手進行，并對危險地段以及不利于抗震的區域進行綜合性的分析，在無法避開時需要采取有效的措施，提高建筑結構抗震性能。

3.2 合理選材

建筑工程建設所使用的鋼結構材料主要以鋼材以及連接性材料為主，而材料性能和質量的好壞與鋼結構的穩定性以及可靠性之間存在著緊密的聯系，直接關系著鋼結構建筑物的安全性和抗震性。因此，設計時，應該對荷載特征、結構形式、連接方式等方面進行綜合性的考慮，選用最為合理、恰當的材料，從而為結構的抗震性、可靠性提供保障。

3.3 合理設計

首先，需要保證計算模型的合理性，將結構的受力狀態真實、客觀的模擬出來。針對結構較為復雜的建筑，可以利用有限元模型進行分析，同時還要應用至少兩個不同的力學分析軟件進行相應的計算。其次，計算簡圖根據實際受力進行簡化。再次，針對局部受力比較復雜的構件，用應力分析校核結果。最后，對軟件分析得出的結果進行必要的檢驗，以確保其合理性和準確性。

3.4 節點設計

第一，柱腳節點設計。一般情況下，柱腳主要分為埋入式柱腳、外包式柱腳以及外露式柱腳三種類型。在抗震設計中，采用埋入式柱腳更為適合。該柱腳多用于獨立基礎、樁承臺等方面。應根據計算，滿足結構要求確定柱腳的埋入深度，因為柱底彎矩以及剪力的遞傳主要是通過混凝土來實現，所以應該確保其周邊混凝土保護層的配筋量以及厚度符合規定和要求。

第二，梁柱節點設計。梁柱連接可以分為兩種，既剛性連接和鉸接。對于剛性連接，一般情況下，梁柱的連接多采用的是全焊接、栓焊混合、帶懸臂梁的栓焊混合以及帶懸臂梁的全螺栓連接等方式。這種連接方式較為簡單，且便于安裝，可以確保結構的安全性。在抗震設計中，要求強節點弱構件，該連通方式可以通過在梁上下翼緣處增加蓋板或者楔形板的方式提高焊縫的厚度與長度，進而提升構件的穩固性。對于鉸接，梁柱連接多是通過螺栓對柱翼緣與梁腹板進行連接。為了確保節點設計的合理性，連接方式的選擇需要根據要求和規定來確定;為確保構造與計算假定的統一性，應該在螺栓失效和焊縫屈服前先使連接板受剪屈服;為確保梁端具有足夠的轉動能力，需要注重對連接鋼板厚度的控制，保持鋼柱與梁端間的縫隙。

4 結語

隨著建筑行業的快速發展，對鋼結構的應用也越來越多，而建筑與人們的生命財產安全之間存在著緊密的聯系，所以，應該注重鋼結構抗震設計的合理性和規范性。結構設計師在實際的設計工作中，需要對各類地震災害進行全面詳細的分析，不斷總結經驗，明確設計思路，并對設計進行不斷的完善和優化，從而為人們的生命財產安全提供重要的保障作用。

參考文獻

[1]李少英.鋼結構抗震分析與優化設計[J].住宅與房地產，2018（34）：200.

[2]王強.高層建筑結構抗震分析與優化設計[J].現代農業研究，2018（08）：133-134.

[3]劉文龍.高層建筑結構抗震的優化設計分析[J].中國新技術新產品，2016（23）：106.

[4]張立翔.框架結構抗震優化設計的靈敏度分析[J].云南工學院學報，1989（02）：33-41.