关于钢结构抗震设计方法的讨论与建议

李栋

上海原构设计咨询有限公司太原分公司 山西 太原 030000

相同荷载情况下，钢结构构件与钢筋混凝土构件相比，前者具有厚度薄、截面尺寸小等优势。但是，钢结构在具体应用期间，受不同因素影响，经常出现稳定性不足现象，会导致结构出现失稳现象。因此，为了处理好钢结构在应用期间失稳现象的发生，要从实际情况入手，做好相应分析工作，提高设计合理性，保证建筑工程中钢结构稳定性能够达到预期。

1 建筑工程钢结构的优势

随着人们对钢结构研究的不断深入，钢结构越发成熟，其在建筑工程中的应用越来越广泛，而且取得了不错应用效果。尤其是针对一些人口相对密集的公共区域，例如，大型体育场、商场、机场等区域，都可以采用钢结构。随着建筑工程规模的扩大，层数的增高，钢结构因为具有良好抗震性而得到了广泛应用。通过具体分析可以发现，钢结构在具体应用期间具有如下优点：

（1）自身性能良好

钢结构在具体应用期间承载能力强、自身轻、抗震性能优越，因此，得到了广泛应用。对于传统大型建筑工程来说，具体施工中会采用大量钢材、水泥等不同类型材料，在生产水泥时会需要消耗大量材料，而且会周围环境造成严重污染，破坏生态环境[1]。而将钢结构应用到建筑工程中，施工工艺较为简单，可以依据具体情况，采取灵活方式进行设计，建筑设计中能够减少材料用量，不会对生态环境造成严重污染。同时，钢结构还具有自重轻、受力均匀等特点，可以调整骨架外形，以及适当组装方式，提升钢结构投入应用后的承载效果和抗震性[2]。

（2）施工与装配灵活

钢结构施工作业开展起来相对较为灵活，具体施工作业可以严格依据标准开展，投资小，回报快。钢结构能够被广泛应用到现代建筑工程中的一项主要原因就是钢结构可以采取灵活方式进行装配，不会受空间、形式等各项因素影响，而且在实际施工中，可以通过工厂定制方式进行加工，自由组装分离，能够通过异地方式完成相应生产工作[3]。同时，在进行钢结构组装时，不会占用太大施工场地，可以灵活布置。

（3）不会污染环境

钢结构与建筑行业的可持续发展理念相符，能够避免建筑工程建设对生态环境造成严重污染。与传统砖混结构相比，采取钢结构进行建筑工程建设，能够减少耗材，施工、生产更趋向于绿色发展理念。此外，钢结构用料控制起来相对较为容易，只会产生少部分废料，而且能够循环利用[4]。

2 建筑工程中的钢结构失稳的原因

（1）进行建筑工程中钢结构设计时，设计人员没有深入到施工现场对施工现场具体情况进行全面考察，未做好相应分析工作，没有全面掌握影响钢结构稳定性各项因素的分析，仅依靠以往的经验和勘查资料完成相应设计工作，这也就会导致钢结构难以达到要求标准。最终设计方案与建筑工程的整体运行存在不符，这会提高钢结构失稳概率，一旦发生地震灾害后，钢结构将会遭受破坏，会发生坍塌、变形等严重事故，破坏建筑工程整体质量，无法满足建筑工程竣工后，投入应用需求[5]。

（2）钢结构实际人员综合能力没有达到要求标准，进行钢结构设计时，没有落实钢结构设计规范中的各项要求，设计人员未全面掌握建筑工程钢结构失稳原因，未针对可能出现的各项问题，采取针对性措施，一旦发生地震，钢结构将会出现失稳，引起事故。

（3）钢结构稳定会受防腐性、防火性等各项影响。因此，要想保证发生地震后，钢结构能够保持稳定，一方面要提高钢结构自身稳定性，使其能具有较高抗震能力，另一方面还会优化钢结构防腐性、防火性能，全面分析各项内容，做好协同设计，提高钢结构稳定性，确保地震来临时，钢结构不会快速坍塌，以免引起严重事故，造成巨大损失。

3 改善钢结构抗震性的重要性

3.1 直接影响人们生命财产安全

建筑工程是人们学习、工作、生活、休息的主要场所，其质量会对人们生命财产安全造成直接影响。近几年，我国城市化进程不断加快，城市内人口不断增多，密度变大，一旦发生地震，将会造成严重损失。我国土地辽阔，一些地区位于地震带，地震频繁发生频率高，为了保障人们生命财产安全，需要从实际情况入手，做好钢结构设计，提高最终建设钢结构的稳定性。

3.2 建筑行业不断向前发展的需求

近几年，我国建筑行业得到飞速发展，建筑工程不断增多，规模不断扩大， 这对建筑企业发展来说是一个机遇，同时也是一个挑战。建筑企业要想发展，取得成功，必须对自身的发展需求进行明确。通过对我国建筑行业的整体发展情况来看，发展需求主要包括的内容如下：

（1）地震是一种严重自然灾害，在一些的区域会频繁出现，而且可能会造成严重危害，针对这一现象，人们对建筑工程抗震性提出了高要求，高抗震性能建筑工程在后续建筑市场发展的主流[6]。简单来说，建筑企业在实际发展期间，建筑企业要想取得成功，从激烈市场竞争中脱颖而出，必须要提高最终建设的建筑工程抗震性，确保其能够满足应用要求。

（2）建筑企业需要承担一定社会责任，主要体现在提高建筑工程抗震性上，这一防震目的是建筑行业发展时需要努力的方向，而建筑行业在这一期间，需要起到领头作用。

4 钢结构抗震设计方法的具体应用

4.1 抗震计算

对钢结构抗震可以采取底部剪力方法进行计算，若钢结构具有较高整体高度，可以采取分解反应谱法完成相应计算，获取到精准数据。钢结构设计人员在具体设计期间，需要针对工程所在区域内抗震要求进行明确，一般来说在4-6级抗震等级要求的地区，可以依据具体规范内的标准进行建筑设置，在实际设计期间，设计人员要全面考虑建筑工程所在区域内的地质和建筑情况，保证设抗震强度能够达到实际标准，避免出现不合理情况。设计人员在具体工作开展时，要对建筑工程所在区域的场地类型进行全面分析，依据工程所在地区抗震设防烈强度，对抗震方法进行明确[7]。例如，针对丙类建筑，要采取降度方式对建筑工程设计方案进行处理。在对建筑工程遭受地震作用进行计算时，需要对重力荷载代表值进行计算，通过荷载标准值加活荷载组合方式，对最终荷载值进行确定。活荷载组合值系数大小为0.5，建筑工程中的具体荷载组合值的系数大小也为0.5，需要注意的是，针对建筑工程屋面部分的荷载，在进行设计时，不得将其计入其中。

4.2 确定水平地震影响系数

在对建筑工程中的钢结构中的地震影响系数进行确定时，要全面考虑建筑工程中每一个方面，例如，建筑工程结构自振周期、设计地震分组、阻尼比等多项内容。在确定建筑工程水平地震影响系数，要对最大值进行全面分析，科学选择各项数据，确保最终计算结果精准无误。选择特征周期数据期间，要依据的地震情况科学分组，对建筑工程所在区域的场地类别进行明确，若建筑工程所在区域抗震防裂度级别较高，在进行计算时，可以依据0.05s特征周期完成相应计算。

4.3 进行荷载设计

对于建筑工程中钢结构来说，这对贯通、对称形式结构不规则形态设计，其在具体应用时，能够具有更好抵御扭曲变形效果。设计人员在实际设计期间，为了确保最终设计的合理性，要对明确钢结构中的基准线，要加强对影响钢结构稳定性因素的分析，而且要采取合理措施进行科学应对，提高钢结构设计合理性性，确保其质量能够达到预期，满足应用需求[8]。同时，在实践中要提高对遇到各种特殊情况的分析，提高设计合理性，例如，通过对不动铰支座进行应用，能够避免建筑工程中的梁在投入应用后，发生位移，确保梁可以在平面内进行转动，需要注意的是，单纯考虑一方面均衡钢结构在投入应用后的局受力情况，而且还能够避免其他各种问题的出现。因此，在实际设计期间，应当进行绕纵轴扭转阻止构件设置，使梁端界面可以自由翘曲，保证钢结构能够保持稳定，减少位移等不良现象发生，确保最终计算结果精准无误，避免在后续应用时，发生事故。

4.4 做好钢结构防火设计

（1）全面考虑钢结构的弹性变形，设计人员要全面分析温度升高后钢结构发生的膨胀现象，以及温度降低后，钢结构变形现象。

（2）考虑钢结构塑性变形情况。钢材受温度变化影响，钢结构一旦发生变形，可能会为永久性变形，无法恢复原状。对于建筑工程中的钢结构，在进行抗震设计时，要对钢结构采用的防火涂料等级和防火材料进行明确，从具体情况出发，保证钢结构与实际情况相符，有力控制发生地震后，火灾对钢结构造成的不良影响。

4.5 钢结构防腐设计

钢结构长期暴露在空气中，钢结构与水分、空气相接触会发生化学反应，会发生腐蚀、生锈等不良问题，这将会降低钢结构性能，降低其稳定性，一旦发生地震，将会导致建筑工程发生倾斜、变形等各种不良现象，情况严重时会将会发生坍塌事故，危害巨大。因此，需要提高对建筑工程中采用钢材防腐蚀的重视，做好防锈处理，以免由于锈蚀问题，降低钢结构稳定性，导致钢结构应用到建筑工程，稳定性差。需要相关工作人员注意的是，在对钢结构进行防腐防锈处理时，需要加强对建筑工程所在区域地理环境、地质情况、水文等各项因素进行充分分析，全面考虑各项影响因素，全面结合经济成本，针对钢结构，编制防腐计划。从目前我国建筑行业的整体发展情况来看，钢材防腐方式主要有的非永久性涂装和永久性涂装两种不同方式，非永久性涂装要应当在后期，通过维修保养方式实现，从而使建筑工程中钢结构整体防腐蚀性能可以得到进一步提高，满足应用需求。

5 优化建筑工程中钢结构抗震性的合理化建议

5.1 科学选择建筑工程场地

在进行建筑工程建设时，为了提高建筑工程整体抗震性，保证钢结构稳定性，减少地震造成的危害。因此，设计人员需要从实际情况入手，合理选择建筑工程所在区域地质、水文等各项信息，针对建筑工程是否在地震区域进行明确，从而选择合理钢结构建筑场地。此外，如果钢结构建筑被建设在地质较为复杂区域，相关工作人员要深入现场，对该区域以往发生的各种地质灾害进行全面研究，总结过去的经验，以此为依据，完成应对方案编制作业，优化抗震结构，最大程度减低地震发生后，对于钢结构造成的破坏。

5.2 科学选择钢结构类型

现代建筑工程中的钢结构具有多元且丰富抗震体系，在对钢结构建筑的具体类型时，作为设计人员要从实际情况出发，对建筑采用的材料，以及高度、规模各项内容进行确定，选择合理施工工艺开展相应施工作业，保证建筑工程采取的钢结构类型与当地抗震等级能够保持一致，同时，也能够为后续钢结构建筑建设提供有利条件。

5.3 合理设计抗震装置与措施

进行钢结构设计时，要提高对钢结构中关键节点和重点构件的关注，对钢结构中各项的细节的优化，使建筑工程中的钢结构在投入应用后的抗震性能能够得到进一步提高，将地震自然灾害带来的各种风险因素都能够降到最低，减小地震危害。与此同时，相关工作人员还要加强对减震各隔震技术的研究，做好相应优化工作，从而使建筑工程中钢结构抗震能力能够达到进一步提高，优化整个钢结构体系。例如，在建筑工程钢结构设计期间，可以在对建筑工程整体情况进行合理分析基础上，选择符合需求的阻尼器，对其进行应用，进行减震构件设计，确保在发生地震灾害时，建筑工程中的构件能够消耗和吸收地震产生的能量，从而达到消减地震，减小地震危害效果。

5.4 做好施工材料选择

建筑工程中的钢结构采用的材料性能会对最终建设的建筑工程整体质量造成直接影响。从目前我国建筑行业的整体发展情况来看，建筑市场上的施工材料质量参差不齐，采购施工材料时，采购人员对于材料质量和性能的了解不深，材料进入施工现场时，对材料的抽样检查、保管等各项操作不到位，这会导致应用到建筑工程中的材料质量不达标。可见，要从材料采购、检查、保管、质量控制等多个方面入手，保证采用的材料能够满足建筑工程中钢结构的要求。同时，设计人员要钢结构受力情况进行分析，全面检查钢材整体受力情况，做好检查相应检查工作。此外，还要依据实际情况，选择符合实际情况的焊接工艺，加强对焊接质量的检查，保证不同构件可以科学连接到一起，若发生地震，能够快速分散力，提高钢结构承载力，保证建筑工程的抗拉能力、抗压能力都能够达到要求标准，确保结构受力均衡。

6 结语

为了提升钢结构整体抗震能力，要通过对钢结构整体设计情况进行全面分析，合理优化设计，做好钢结构抗震计算、场地选择、钢结构抗震类型选择等各项内容分析，保证抗震设计能够达到预期目标，提高建筑工程整体稳定性。