建筑钢结构抗震设计及优化策略

建筑钢结构抗震设计及优化策略

吕伟

中国轻工业武汉设计工程有限责任公司 湖北省武汉市 430000

摘要：建筑抗震结构体系是抗震设计中最关键的问题，对建筑的安全性和可靠性起着决定性的作用。与混凝土相比，钢结构具有重量轻、强度高、抗震性能好等特点，已得到广大设计人员的认可，广泛应用于大跨度、超高层和异形空间结构中。随着装配式建筑的发展，钢结构的工业化、施工速度快、装配率高的特点在装配式建筑推广中也越来越占主导地位。提高建筑钢结构的抗震性能，需要通过反复的实践使得抗震设计更加的优化和完善，进而提高建筑钢结构的安全性、稳定性和可靠性，提升建筑物的整体性能。

关键词：建筑工程；钢结构；抗震设计；优化策略

中图分类号：TU973文献标识码：A

引言

近年来，中国致力于探索预制建筑，探索混凝土、钢结构、木结构等多种结构形式，进一步推动建筑业转型升级。目前，在我国钢铁生产和钢材加工技术不断提高的基础上，钢结构建筑因其干燥施工、无固体废物、结构稳定性好等优点，逐渐被越来越多的工程项目所采用。但是随着钢结构建筑的全面推广，建筑面积不断增加，相应的也暴露了不少问题，制约了钢结构建筑的发展，抗震性能就是最为重要的一点。对此，有必要进一步加强建筑钢结构抗震设计的探索，满足工程实际需求。

1 建筑钢结构应用优势

（1）韧性和塑性强。在建筑领域，钢结构具有很强的塑性和韧性。由于这两个优点，如果建筑物处于荷载或过载状态，钢结构可以充分分配力，从而可以控制整个建筑物的应力变化范围，并在很大程度上避免钢结构断裂和开裂的问题。（2）性能好，效率高。在材料和纹理方面，钢结构的总体分布非常均匀，这与力学假设一致。同时，在内部组织和结构方面，钢材具有更高的各向同性符合度，其材料波动范围相对较小，在所有建筑材料中具有最理想的弹性。此外，与其他类型的建筑项目相比，钢结构不容易受到环境和气候等外部因素的影响。就其生产加工而言，在工厂内加工作业完成后，可直接运至施工现场进行组装，这决定了其工期较短，不会对施工区域的环境造成很大影响，符合文明施工的要求。（3）成本低。在建筑设计领域，钢结构的应用可以在保证整体安全可靠的前提下，有效控制成本投入，确保企业的经济效益。与钢筋混凝土的应用相比，高层建筑钢结构的成本消耗相对较低，且质量比钢筋混凝土轻，降低了运输成本。钢结构的便利性将加快施工的完成，降低劳动力成本和工期。

2 建筑结构抗震设计原则

（1）整体性。建筑物的抗震能力主要取决于结构的整体稳定性和抗震能力。因此，建筑结构抗震设计的重点是严格执行结构抗震设计注释，确保建筑结构的整体合理性，提高建筑安全系数，使其具有一定的地震力分解能力。在建筑结构设计中，抗震设计应遵循整体性原则，即在实际运行中，要从全局进行分析和设计，正确合理地进行结构的总体布置，保证结构的整体刚度、承载力、抗震性能和抗震性能，建筑结构的稳定性等性能满足抗震的基本要求，力求使整个建筑具有良好的抗震能力，而不是某一部分。（2）抵性抗。在建筑结构的抗震设计中，最重要的是坚持结构整体抗力原则。整个结构必须稳定可靠，以抵抗外力。在实际抗震设计中，有必要掌握各部分的力学特性，准确计算结构的整体抗力。还需要进行预测，以确保最终抗震设计效果能够达到预期的抗震目标，将地震对建筑破坏控制在最小范围。建筑结构抗震设计在符合抵抗性要求外，应做好抵抗力的管理和控制，使建筑在受到地震力时受力平衡，进一步提高建筑结构稳定性，增强建筑整体抗震性能。

3 建筑钢结构抗震设计及优化策略

3.1 选址设计

在项目选址过程中，除避开高烈度区，从源头上降低地震灾害发生的概率外，还应加强地质调查，全面掌握岩体结构、力学性质、工程地质性质、地下水类型及分布等。，以确保地质勘察成果的质量。通过综合评价，确定施工场地的等级划分，遵循选择有利场地、避开不利场地、不选择危险场地的设计原则，严格执行相关强制性规范的要求，确保不同类型、不同级别的建筑可以在适当的场地上建造。对于山区的一些工程项目，还需要加强边坡稳定性评估，根据实际地形条件制定清晰有效的边坡处理方案，防止地震灾害发生时出现滑坡等问题。同时，对建筑地基进行抗震稳定设计。要避开主断裂带，而且要满足规范标准中的最小避让距离。在选择工程地址后，需要科学制定地基处理方案，提升地基的承载力和稳定性，尽可能减少不良地质条件对工程建设的影响。

3.2 结构布置

现代建筑的总体结构复杂而庞大，必须遵循一定的设计规则。许多建筑钢结构工艺设备的重量不均匀，难以分散作用在建筑结构上的力。如果结构不合理，力会不均匀。一旦地震发生，将造成更大的破坏。在规划过程中，建筑钢结构应设计为长正方形。在三维设计中，应做好建筑结构的几何对称分布。在某些建筑物内部的结构单元中，一些抗侧力构件应对称分布。如果工艺设备本身又重又密集，则应将其放置在刚度中心附近，以确保建筑物中的应力相对均匀。重型起重机钢柱的选择应充分考虑钢材消耗的经济指标和固定材料的方便性。借助于实心腹板柱和格构柱，可以充分比较各项技术经济指标，根据实际情况综合评价，选择最佳方案，既保证了工程的合理性，还可以通过设计提高施工的便利性和经济性。

3.3 性能设计

建筑钢结构设计应注重抗震性能的优化。抗震性能能否得到保证，将直接影响到建筑结构的安全稳定。因此，要从根本上提高建筑钢结构设计的科学性，保证建筑结构的使用性能，就必须从结构设计入手，高度重视抗震性能的设计和优化，尽可能从整体性的角度进行分析，为施工进度和施工质量的有效实施创造良好的外部条件，以满足预期，相应延长项目的使用寿命，避免地震等恶性灾害的影响。建筑结构设计中的抗震性能优化可以说是重中之重。要求设计人员在设计工作开展前确定建筑项目的施工目标，然后进行有针对性的现场调查，为设计工作的有效实施提供数据参考，使设计方案的实施更加科学有效。除此之外，在结构设计过程中，也要对设计理念进行更新，通过结构设计的完善，极大地提升并保障建筑结构的抗震性能，最大程度地降低地震灾害所带来的负面影响，并为建筑工程的使用营造有利的外在条件。

3.4 减震设计

在建筑钢结构的抗震设计中，可以采用有效的减震技术。减震技术是指在建筑结构中设置耗能器，通过耗能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼，以消耗地震能量。例如，如果发生小地震，消能装置处于弹性状态，建筑结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用需要；发生中强地震时，在结构应力和变形持续增加的情况下，消能装置将从弹性状态进入非弹性变形状态，产生大阻尼，有效地消耗地震产生的能量，快速衰减结构的地震响应，避免对主体结构造成较大损坏。耗能减震技术是以耗能元件为代价保护主体结构，可以重新更换消能构件，使其恢复原始的抗震能力，恢复正常使用状态。当然还有黏滞消能器、摩擦消能器等各种消能器，都可以在建筑钢结构减震设计中灵活应用。

结束语

总之，建筑钢结构的抗震性能优化可以有效减少地震造成的破坏，提高使用安全性，并确保不会因建筑问题造成经济损失。建筑钢结构的抗震设计极其重要，设计能力有待提高，坚持整体性、简化、抵抗性原则，同时从整体上出发进行设计和协调，优化结构抗震性能，以增强建筑安全性。

参考文献：

[1] 康杰.钢结构抗震设计方法探讨[J].工程建设与设计,2021(02):29-30.

[2] 马智英,路平.钢结构的抗震设计[J].工程建设与设计,2020(03):17-21+24.