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在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,考慮地震影響是確保結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵,可從以下幾個(gè)方面入手:
前期準(zhǔn)備與分析
確定設(shè)計(jì)地震水平和基準(zhǔn)地震烈度:設(shè)計(jì)地震水平指建筑在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)可能遭受的地震作用,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震烈度根據(jù)建筑所在地區(qū)可能發(fā)生的地震情況確定,是該地區(qū)發(fā)生較大地震時(shí)地表的較大加速度。針對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑,要考慮地震波的滯后和頻率歸一化效應(yīng),并采用不利的地震波進(jìn)行計(jì)算。分析地震作用:地震作用會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力,其大小與地震的強(qiáng)度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度等因素有關(guān)。根據(jù)建筑所處的地理位置、地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)等因素來(lái)確定設(shè)計(jì)地震力水平。計(jì)算地震力時(shí),要以能夠?qū)崿F(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)的正常工作狀態(tài)為基礎(chǔ),并考慮在地震作用下建筑物的變形和位移。
結(jié)構(gòu)選型與布置
選擇合適的結(jié)構(gòu)類型:鋼結(jié)構(gòu)建筑有多種抗震結(jié)構(gòu)類型,如框架結(jié)構(gòu)、框架 - 抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)等。應(yīng)根據(jù)建筑高度、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件等因素,選擇合適的結(jié)構(gòu)類型。例如,在地震多發(fā)地區(qū),框架 - 抗震墻結(jié)構(gòu)可能比單純的框架結(jié)構(gòu)具有更好的抗震性能。優(yōu)化平面與立面布置:建筑平面和立面應(yīng)盡可能規(guī)則、對(duì)稱,避免大面積凸起或凹陷等不合理設(shè)計(jì),以減少地震時(shí)的應(yīng)力集中和變形。樓梯、電梯井等豎向構(gòu)件應(yīng)盡可能設(shè)置在建筑的中心或?qū)ΨQ軸上,以提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。同時(shí),結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱,豎向布置宜保持剛度、質(zhì)量變化均勻,避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受重力荷載、風(fēng)荷載和地震作用的能力。
結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析
選擇合適的計(jì)算模型:確定多高層鋼結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算模型時(shí),進(jìn)行多高層鋼結(jié)構(gòu)地震作用下的內(nèi)力與位移分析時(shí),一般可假定樓板在自身平面內(nèi)為絕對(duì)剛性;對(duì)整體性較差、開孔面積大、有較長(zhǎng)的外伸段的樓板,宜采用樓板平面內(nèi)的實(shí)際剛度進(jìn)行計(jì)算。
結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計(jì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型;結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜,無(wú)法劃分平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。
考慮地震作用組合:當(dāng)屋蓋的豎向振動(dòng)為一振型時(shí),應(yīng)考慮豎向地震為主的地 震作用效應(yīng)組合。進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),要按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,如《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 7—2010、《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 257—2012 以及《抗規(guī)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。進(jìn)行不同階段的結(jié)構(gòu)分析:多遇地震作用下應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析,罕遇地震作用下應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈塑性驗(yàn)算。多遇地震作用下的分析,可假定結(jié)構(gòu)與構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài),內(nèi)力和變形分析可采用線性靜力方法或線性動(dòng)力方法;罕遇地震作用下的分析,可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用靜力彈塑性分析或彈塑性時(shí)程分析方法。
構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
合理選擇構(gòu)件截面:鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面選取應(yīng)綜合考慮承載力、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性等要求,保證所選結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足強(qiáng)度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、板件寬厚比、構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比等要求。柱與梁兩方向均剛接時(shí),柱宜采用箱形截面。加強(qiáng)關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì):明確主要傳力結(jié)構(gòu)桿件,采取加強(qiáng)措施,控制應(yīng)力比,避免發(fā)生屈曲失穩(wěn)。特殊連接構(gòu)造及其支座,在罕遇地震下必須安全可靠、避免脫落,并確保屋蓋的地震作用直接傳遞到下部支承結(jié)構(gòu)。對(duì)于大跨度構(gòu)件、長(zhǎng)懸挑構(gòu)件、轉(zhuǎn)換構(gòu)件等特殊構(gòu)件,要通過(guò)提高抗震等級(jí)、安全等級(jí)、考慮豎向地震作用、加強(qiáng)構(gòu)造、抗震性能化設(shè)計(jì)等措施,以提高構(gòu)件安全性、延性性能。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件要求,節(jié)點(diǎn)承載力應(yīng)高于構(gòu)件承載力,避免節(jié)點(diǎn)先于構(gòu)件破壞,并滿足延性要求。
抗震構(gòu)造措施
設(shè)置防震縫:當(dāng)建筑立面高差大、有錯(cuò)層,或各組件間硬度、重量差距過(guò)大時(shí),應(yīng)設(shè)置防震縫以減少地震對(duì)建筑物的破壞。防震縫寬度應(yīng)根據(jù)建筑的設(shè)防烈度、類型等因素合理設(shè)置,確保防震縫兩側(cè)建筑在地震作用下能夠完全分開,減少相互碰撞和擠壓。增設(shè)抗震支撐:在關(guān)鍵部位增設(shè)抗震支撐,如偏心支撐、中心支撐等,以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)受力傳遞體系和設(shè)計(jì)參數(shù)的要求,合理設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的支撐系統(tǒng),同時(shí)要考慮桿件的截面形狀和角度。加強(qiáng)樓層剛度:通過(guò)設(shè)置樓層梁、樓板等構(gòu)件,加強(qiáng)樓層的整體剛度,提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的穩(wěn)定性。
材料選擇與施工質(zhì)量控制
選用合適的材料:應(yīng)選用高強(qiáng)度、高韌性的鋼材和連接材料,確保結(jié)構(gòu)的整體性能和抗震能力。例如,在選擇鋼材時(shí),要考慮鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等指標(biāo),優(yōu)先選用質(zhì)量?jī)?yōu)良、性能穩(wěn)定的鋼材。嚴(yán)格施工質(zhì)量控制:加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制和監(jiān)督,確保施工質(zhì)量符合抗震設(shè)計(jì)要求。
對(duì)關(guān)鍵部位和隱蔽工程進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗(yàn)收,保證鋼結(jié)構(gòu)的焊接、螺栓連接等施工質(zhì)量,避免因施工缺陷影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。
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