试论多高层钢结构住宅抗震性能

陈 志 峰

(山西省煤炭规划设计院，山西 太原 030045)

随着建筑行业的发展，居民对建筑的安全性以及抗震性等功能要求不断提高。在住宅中应用住宅钢结构可以提高建筑的整体性能，对推动住宅产业化等具有重要意义。通过研究住宅钢结构的结构体系等，分析其具体应用的各项理论，推动钢结构住宅抗震性能不断提高。

1 住宅钢结构的抗震结构体系

1.1 多高层住宅钢结构的基本功能

多高层住宅应用钢结构的主要目的是提高建筑的整体性能，使其可以应对来自不同方面的冲击，而建筑的各个结构可以在应用过程中保持其完整性，方便其后续使用。一般来说，多高层住宅需要承受其本身重力和其居住人员、设备的重力，同时也需要承担因为风力和地震等导致的侧向力。因此，必须加强对建筑结构性能的重视，保证其在重力和侧向力等的影响下仍然可以保持其结构的完整性，避免出现建筑变形等问题。根据不同的钢结构抗侧力结构体系，可以划分成为不同的种类。

1.2 纯钢框架结构

多层钢结构中应用较多的结构体系即框架结构，该类框架结构主要是通过轻质墙体、屋面板以及基础等多种因素组成，小开间密柱式结构和大跨度结构是其柱网布置的主要方式。相比较而言，前者可以满足建设的经济性等方面的要求，对应的楼板厚度等会变薄，结构的自重等也会逐渐减轻，但是住宅的空间布置等会受到影响，导致后期建筑可变性等受到影响。大跨度结构的平面布置相对比较灵活，其空间的可变性等较小开间密柱式结构明显加强，其应用过程中的经济性相对较差。钢框架对地震的作用不是特别明显，对减少抗侧力等具有重要作用，有助于提高建筑物的特性，推动其实现长远发展。施工过程中要加强对全焊接型节点和全螺栓型节点以及其他类型节点处理的重视，调整其具体的定位等，注意H型柱截面腹板的厚薄，推动各项工作顺利开展。

1.3 框架—支撑结构体系

框架—支撑结构体系主要由中心支撑结构和偏心支撑框架结构组成。中心支撑结构应用过程中，必须加强对其不同框架的重视，通过调整不同部位的位移等，推动相关工作顺利开展。同时，为了提高框架结构的抗震性能，需要加强对偏心支撑框架的重视，保证其应有的刚度和强度等，提高其应对抗震的可行性。多高层钢结构还包括伸臂及带状桁架结构、钢框架—混凝土剪力墙结构等，其不同结构的受力特点和整体结构等都存在一定的差异，通过综合运用多类体系，推动相关工作顺利开展。

2 抗震设计的基本方法

2.1 底部剪力法

与其他计算方法相比，底部剪力法计算相对比较简便，主要利用弹性地震反应谱理论等展开研究，使其总的地震剪力和单质点的水平地震作用等相等，在此基础上确定相关的水平地震作用以及其高度分布等内容，推动相关工作顺利开展。其在计算过程中需要应用相对较多的公式，工作人员必须严格按照步骤开展相关计算工作，提高计算的精准性，方便为后续相关工作奠定基础。

2.2 反应谱法

以单质点的弹性体系为主体，基础是其在实际地震过程中的反应等，开展具体的结构反应分析等工作，这便是反应谱法的基本原理。再结合地震谱曲线等内容，结合具体理论开展计算，即可将建筑物应对实际地面运动时的反应等表示出来，对后期相关工作开展具有重要作用。一般来说，以地震作用为分类标准，振型反应谱法可以划分为平动的和扭转耦连的两大类。而平动类型的是分析无扭转结构抗震分析时应用的一种基本方法，通过分析某个结构在某个方向的运动，结合计算机绘图等，推动相关工作按计划开展。不对称结构抗震分析工作开展主要应用扭转耦连的振型分解反应谱法，其计算公式等与平动的计算公式之间存在一定差异，通过使用CQC法可以合理开展后续计算。不可否认的是，反应谱法在应用过程中仍然存在一定的局限性，必须正视其优缺点，合理开展应用分析等工作，推动反应谱法不断改进，促进其在后续计算等工作中发挥更大的作用。

2.3 时程分析法

上述两个计算开展过程中，主要是以地震反应谱来开展设计计算，应用的原理主要是推动地震作用和等效水平静力荷载转换。而在考虑地震后的弹性形变以及变形扩大系数等之后，可以计算弹塑性变形，其计算简化后也对其计算的安全度等产生了一定的影响。时程分析法也称动态分析法，通过运用运动方程等开展后续计算，推动相关计算等顺利开展。该类分析方法在分析结构应对地震的反应情况以及提高抗震设计水平等方面具有重要作用，必须加强对其应用模型等的重视，合理应用计算方法，推动其分析等按照计划顺利开展。

3 多高层结构住宅抗震性能分析

在对多高层结构住宅开展抗震性能分析时，首先应当建立具体的模型，通过完善钢结构模型的长度、高度、宽度以及整体形状和钢材的具体形状性能等，结合其钢框架，建立合理的三维有限元模型。首先就其在SAP2000中的模态展开分析，综合运用相关联的线性分析方法，推动相关工作按照计划顺利开展。该类方法也可以称为振型叠加法。通过使用该类方法，其计算过程中的数值求解时间等相对较短，计算方法也更为简洁。而通过模态分析可以及时开展其固有频率和振型提取等工作，推动相关工作顺利开展。开展SAP2000的反应谱分析时，需要对其进行系统的认识分析。从本质上讲，该类分析方法实质上是一种拟动力分析法，在计算质点的地震效应之后，结合统计等方法开展反应谱的曲线绘制工作，推动后续结构分析等工作的顺利开展，需注意，结构分析过程中主要应用静力方法。由于时程分析法计算过程中需要考虑的因素相对较多，计算量等也明显多于其他类型的反应谱方法，因而在实际计算过程中，工作和设计人员更多应用反应谱法来开展地震作用分析等工作。平均值是反应谱分析的主要数值，结构中的位移最大值以及具体构件受力的最大值等都是反应谱分析的输出结果。底部剪力法和振型分解法都是计算结构地震作用过程中经常使用的方法，前者在计算低层建筑的过程中可以发挥有效作用，但是在计算高层建筑的过程中，其考虑的振型等都存在一定的缺陷，导致最终的计算结果受到影响。因此，主要使用振型分解反应谱法来开展高层建筑结构计算和分析等工作。由于反应谱法围绕静力来开展相关计算，因而其对结构动力的反映等并不真实，忽略了一定的具体条件。因而在追求精确度的计算过程中，主要使用时程分析法来开展相关计算，该类方法可以考虑动力荷载对结构的影响，其计算结果的准确性等都明显提高。但是不可否认的是，该类计算在开展过程中受到计算量等的影响，耗费的时间精力相对较多。随着现代科技和计算机技术的迅速发展，其计算应用的专业化软件等已经开发出来，对该类分析计算方法的推广具有重要意义。线性时程分析法开展过程中，主要围绕结构的基本动力微分方程开展相关计算，因此，在计算过程中，必须加强对计算步骤等的重视，合理考虑质量矩阵以及节点的速度、加速度和绝对位移等，借助时间函数来分析动力荷载，推动后续计算分析等工作顺利开展。

4 结语

多高层钢结构住宅是随时代发展而不断发展的一种住宅，其在抗震等方面具有优良性能。不可否认，当前，我国多高层钢结构发展与国外相比仍存在一定的差距，导致其具体的性能等不能发挥出来，必须及时开展先进技术引入，促进本国技术发展，推动多高层钢结构建设发展进步。