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在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,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,可從以下幾個方面入手:
前期準(zhǔn)備與分析
確定設(shè)計地震水平和基準(zhǔn)地震烈度:設(shè)計地震水平指建筑在設(shè)計壽命內(nèi)可能遭受的地震作用,設(shè)計基準(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)生較大地震時地表的較大加速度。針對高層鋼結(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)行計算。分析地震作用:地震作用會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生慣性力,其大小與地震的強度、場地條件、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)計基準(zhǔn)地震動參數(shù)等因素來確定設(shè)計地震力水平。計算地震力時,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、對稱,避免大面積凸起或凹陷等不合理設(shè)計,以減少地震時的應(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,結(jié)構(gòu)平面布置宜規(guī)則、對稱,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)計算與分析
選擇合適的計算模型:確定多高層鋼結(jié)構(gòu)抗震計算模型時,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,一般可假定樓板在自身平面內(nèi)為絕對剛性;對整體性較差、開孔面積大、有較長的外伸段的樓板,宜采用樓板平面內(nèi)的實際剛度進(jìn)行計算。
結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可采用平面結(jié)構(gòu)計算模型;結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜,無法劃分平面抗側(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)計算模型。
考慮地震作用組合:當(dāng)屋蓋的豎向振動為一振型時,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)計算時,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力方法;罕遇地震作用下的分析,可根據(jù)結(jié)構(gòu)特點采用靜力彈塑性分析或彈塑性時程分析方法。
構(gòu)件與節(jié)點設(shè)計
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)件滿足強度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、板件寬厚比、構(gòu)件長細(xì)比等要求。柱與梁兩方向均剛接時,柱宜采用箱形截面。加強關(guān)鍵構(gòu)件和節(jié)點設(shè)計:明確主要傳力結(jié)構(gòu)桿件,采取加強措施,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)。對于大跨度構(gòu)件、長懸挑構(gòu)件、轉(zhuǎn)換構(gòu)件等特殊構(gòu)件,要通過提高抗震等級、安全等級、考慮豎向地震作用、加強構(gòu)造、抗震性能化設(shè)計等措施,以提高構(gòu)件安全性、延性性能。節(jié)點設(shè)計應(yīng)滿足強節(jié)點弱構(gòu)件要求,節(jié)點承載力應(yīng)高于構(gòu)件承載力,避免節(jié)點先于構(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、有錯層,或各組件間硬度、重量差距過大時,應(yīng)設(shè)置防震縫以減少地震對建筑物的破壞。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)計應(yīng)根據(jù)受力傳遞體系和設(shè)計參數(shù)的要求,合理設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)建筑的支撐系統(tǒng),同時要考慮桿件的截面形狀和角度。加強樓層剛度:通過設(shè)置樓層梁、樓板等構(gòu)件,加強樓層的整體剛度,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,要考慮鋼材的屈服強度、抗拉強度、伸長率等指標(biāo),優(yōu)先選用質(zhì)量優(yōu)良、性能穩(wěn)定的鋼材。嚴(yán)格施工質(zhì)量控制:加強施工過程中的質(zhì)量控制和監(jiān)督,確保施工質(zhì)量符合抗震設(shè)計要求。
對關(guān)鍵部位和隱蔽工程進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和驗收,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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