多高層鋼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究

辛愛華

（甘肅建苑建筑設(shè)計院有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

鋼框架結(jié)構(gòu)以其良好的彈塑性、高耐磨、質(zhì)輕等物理性能，在高層建筑中取得了更加普遍的運用。很多住房、大型商場、加工廠和高級寫字樓都逐漸選用鋼框架結(jié)構(gòu)，運用鋼框架結(jié)構(gòu)以后，這種房屋建筑表現(xiàn)出了優(yōu)良的防震特性。不但如此，鋼框架結(jié)構(gòu)的輕便性更高，工程施工期更短，環(huán)境保護優(yōu)點也更加凸顯，它更受到設(shè)計及施工單位的青睞。

1 鋼框架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的非線性影響因素分析

某鋼框架共12層，分成3跨，每跨6米長，第一層高4m，其他層高3m，全樓高37m。該房屋中的梁和柱均選用剛性連接，并選用高韌性H 型鋼為梁和柱原材料。其彈性模具為2.0×105MPa，相對密度7800kg/m3。運用MATLABAPP 對有限元分析實體模型開展建模，選用伯努利方程開展梁元仿真模擬，每一個梁模塊有兩個結(jié)點，每一個結(jié)點具備3個水平自由度和3 個轉(zhuǎn)動自由度，2 個連接點一共有6 個自由度。因而各模塊彎曲剛度特點引流矩陣由載荷模塊與模塊特點引流矩陣?yán)奂?。土壤層一部分有別于鋼框架結(jié)構(gòu)，必須用四邊形應(yīng)變力元仿真模擬，每一個模塊包括4個連接點，每一個模塊包括平移式和豎直式自由度，因而一共有8個自由度。

1.1 幾何離散系統(tǒng)

因為屈曲解決問題時常用原材料是離散系統(tǒng)的，因而，當(dāng)求得屈曲問題時，就不可以再運用小形變的幾何方程式了，這樣的問題就無法再使用小形變問題，研究結(jié)果顯示，內(nèi)應(yīng)力關(guān)系式中包括偏移二次項，充分考慮形變對均衡的影響，無法簡單化成線性方程。

1.2 初始缺陷

具體的鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，存在著許多缺點，對構(gòu)造的穩(wěn)定度和承載能力造成了影響。鋼條幾何圖形缺點通常體現(xiàn)為初彎和軸力值，其原始缺點具體有原始內(nèi)應(yīng)力參數(shù)和承受力參數(shù)等。

1.3 內(nèi)應(yīng)力

在提升2 個l 型鋼構(gòu)造架構(gòu)后，仍有一部分內(nèi)應(yīng)力發(fā)生在橫截面上。正交和內(nèi)應(yīng)力的存在，使扭曲屈曲負載產(chǎn)生變化，但對歐拉臨界值負載沒有影響。剩下內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)，促使折彎預(yù)制構(gòu)件的抗拉強度縮小，形變增加，達不到預(yù)估承載力時妥協(xié)，減少承載能力，進而造成二階效應(yīng)擴大。

1.4 彎扭不穩(wěn)定

結(jié)構(gòu)力學(xué)問題通常分成線性問題和離散系統(tǒng)問題。對線性問題而言，變形問題較為小。當(dāng)界限不符合方程式特點時，該問題便是離散系統(tǒng)問題。離散系統(tǒng)要素對承載能力的影響具體表現(xiàn)在下列層面：

影響鋼框架的幾何離散系統(tǒng)要素主要是P-△效應(yīng)和P-δ 效應(yīng)。P-δ 效應(yīng)是預(yù)制構(gòu)件彎折的首要緣故，而構(gòu)造的剛體旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致P-△效應(yīng)。鋼框架結(jié)構(gòu)的P-△效應(yīng)與構(gòu)造平穩(wěn)存有一定的相關(guān)分析，假如發(fā)生二階效應(yīng)，則鋼架結(jié)構(gòu)的幾何圖形離散系統(tǒng)一般由P-△效應(yīng)操縱，在于P-δ 效應(yīng)。在高層建筑中，實際的P-△效應(yīng)全過程可以敘述為：當(dāng)構(gòu)造受水準(zhǔn)力功效時，會產(chǎn)生水準(zhǔn)橫向偏移。側(cè)面偏移造成負載軸力，造成額外彎矩。扭矩的存在將更進一步造成構(gòu)造的橫向偏移擴大。但對不對稱構(gòu)造來講，扭曲問題一樣存在，當(dāng)構(gòu)造產(chǎn)生扭曲時，縱向承載力與抗側(cè)預(yù)制構(gòu)件中心線軸力，也會使扭矩擴大。簡易地說，當(dāng)豎直荷載功效時，因為水平方向上的內(nèi)功和偏移擴大，稱之為P-△效應(yīng)。當(dāng)橫向載入和縱向載入最后能做到均衡時，構(gòu)造才可以長期保持，不然將造成整體失衡。但在高層住宅鋼框架結(jié)構(gòu)中，其橫向間距均比較大，在大風(fēng)及地震效果下，在水平方向上偏移，將造成縱向二階效應(yīng)失衡。因此，設(shè)計時應(yīng)重點考慮位移對水平附加力的影響。

2 雙層鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震等級研究

現(xiàn)階段鋼架結(jié)構(gòu)架構(gòu)抗震等級研究中，多選用有限元方式，主要是對于單獨一個鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點及橡膠支座開展抗震等級特性研究。融合沙土與構(gòu)造相互影響的考慮，運用MTALAB 數(shù)控編程軟件對十二層鋼框架開展了實體模型整體研究，對鋼框架在洪水效果下的彈力時程反應(yīng)完成了研究。

為使鋼框架結(jié)構(gòu)架構(gòu)極限承載力的測算更加精準(zhǔn)，文中主要是從幾何離散系統(tǒng)和原材料離散系統(tǒng)2個層面對這兩個領(lǐng)域開展具體的研究。

這種主要參數(shù)中：mb、cb、kb 各自表明上方構(gòu)造品質(zhì)，減振和剛度矩陣；ms、cs、ks 是土層。由于地震是由地振動散播，土體部分無承載力作用，全部承載力作用于上方鋼框架，可以用頻域積分法求得該運動方程。

3 多高層鋼框架建筑如何提高其抗震性能

目前，在二三線城市仍有不少老舊城區(qū)，由于建筑初期建設(shè)時間較長，不管從建筑規(guī)劃設(shè)計或原材料挑選上都相對落后，并且并沒有把抗震等級作為關(guān)鍵目標(biāo)。隨著時代的發(fā)展，在舊城地域，普遍存在房屋建筑地基沉降，一些房屋建筑出現(xiàn)墻面脫落，房屋建筑偏斜等問題，乃至出現(xiàn)危樓，沒法繼續(xù)定居，給居民帶來安全隱患。但盡管舊房存有安全風(fēng)險，但要想所有拆下來卻費時費勁，萬般無奈也不會采用這樣的對策，所以為了更好地維護人民群眾的安全性，必須對全部工程建筑開展修整和結(jié)構(gòu)加固處理，處理房屋建筑中產(chǎn)生問題的位置，進而使舊工程建筑更堅固，使之符合建筑抗震等級規(guī)定。房屋建筑隔震，消能隔振均可對房屋建筑開展結(jié)構(gòu)加固，進而提升建筑的防震特性。以上技術(shù)性與傳統(tǒng)式建筑加固工程技術(shù)對比，有顯著的優(yōu)勢，它可以減弱震造成的能量，以降低承載力的方法替代提升房屋建筑荷載的方法，使房屋建筑最后達到抗震等級規(guī)定。

4 構(gòu)架柱網(wǎng)布局對構(gòu)造的影響

框柱網(wǎng)對多高層建筑的防震特性有較大影響，所以，在布局時，要從達到生產(chǎn)工藝流程規(guī)定、達到工程建筑平面圖要求、使構(gòu)造承受力有效、方便作業(yè)等四個層面，采用科學(xué)、綜合性的考慮。實踐中，柱距柱一般都設(shè)定在房屋建筑橫縱中心線的中點處，以減少柱距對房屋建筑性能指標(biāo)的影響。立柱與梁跨距也是有相應(yīng)的聯(lián)系，柱距規(guī)格雖大，但同樣會擴大柱梁橫截面規(guī)格，所以必須對其開展全方位的分析，從工程建筑需要和構(gòu)造成本費等層面綜合性考慮。實踐中的柱距布局時，也需要考慮到構(gòu)造在豎直承載力效果下的內(nèi)力分配是不是勻稱有效，各預(yù)制構(gòu)件的原材料強度能不能做到靈活運用，并且要完成建筑施工的方便，不影響到多高層建筑的整體成本。

5 結(jié)語

綜上所述，多高層住宅鋼架構(gòu)工程建筑如何提高抗震等級能力，怎樣更快的開展抗震等級整體規(guī)劃等一連串新的觀念已經(jīng)被人們所高度重視，并已在各方面的實踐中運用，為人們的日常生活給予了很大的便捷。自然災(zāi)害對人民群眾的生命安全性構(gòu)成嚴(yán)重危害，建筑行業(yè)必須高度重視對資料的研究工作，努力研發(fā)一種更為安全的新型材料，為大地震頻頻發(fā)生的群體給予更好的安全性保護。