■章 源 ■湖南中鐵五新鋼模有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100

我國(guó)位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地震斷裂帶十分活躍。雖然我國(guó)近幾十年來(lái)在監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)和震后救援工作上已取得突破進(jìn)展，但抗震建筑的設(shè)計(jì)和修建相較于發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差異。鋼結(jié)構(gòu)由于其自身優(yōu)越性能，已廣泛應(yīng)用到建筑之中，因此加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)識(shí)，對(duì)防震抗震工作的實(shí)施有著決定性作用。

1 鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系

1.1 鋼框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)體系包含兩部分，由房屋縱向和橫向的框架結(jié)構(gòu)和抵抗側(cè)向力的構(gòu)件構(gòu)成。純框架結(jié)構(gòu)體系由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工周期短，已成為一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系。純框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小，當(dāng)建筑樓層較高時(shí)，只能通過(guò)加大梁和柱的截面來(lái)提高抗側(cè)移剛度，而這容易產(chǎn)生失穩(wěn)性破壞，因此通常適用于30 層以下的建筑?？蚣堋慰蚣芙Y(jié)構(gòu)中支撐桁架部分起到類(lèi)似剪力墻的作用，其中支撐桁架中支撐構(gòu)件僅承受拉、壓軸向力，由于桿件的軸向變形剛度比桿件的剪彎剛度大得多，因此大大提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。

1.2 鋼框架—抗剪結(jié)構(gòu)

鋼框架—抗剪結(jié)構(gòu)體系在純框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)強(qiáng)化了抗側(cè)移功能，以此提高側(cè)向剛度，用以滿(mǎn)足超過(guò)30 層的高層建筑在風(fēng)負(fù)載或地震中的使用需求。由于框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中存在剪力墻剛度較大的現(xiàn)象，因此當(dāng)受到強(qiáng)地震荷載時(shí)容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)脆性破壞。帶縫剪力墻的出現(xiàn)便很好地解決了這一難題。帶縫剪力墻通過(guò)鋼筋混泥土墻板中的豎縫設(shè)置，利用豎縫中兩塊重疊的石棉纖維板在地震表現(xiàn)出的塑性狀態(tài)，達(dá)到吸收大量的能量，確保建筑承載力的目的。

1.3 巨型結(jié)構(gòu)

巨型鋼結(jié)構(gòu)是為了滿(mǎn)足特殊功能或綜合功能而產(chǎn)生的一種建筑，實(shí)踐證明其具有良好的建筑適應(yīng)性和潛在的高效結(jié)構(gòu)性能。巨型結(jié)構(gòu)在抗推剛度上表現(xiàn)出其他結(jié)構(gòu)難以比擬的優(yōu)勢(shì)，以德國(guó)法蘭克福商業(yè)銀行大樓為例，這座1997 年建成的超高層建筑體現(xiàn)了巨型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)精髓。該建筑的“巨型柱”是以三角形頂點(diǎn)的三個(gè)獨(dú)立框筒構(gòu)成，“巨型梁”則是通過(guò)八層樓高的鋼框架相連接構(gòu)成，最終“巨型柱”和“巨型梁”構(gòu)成了一個(gè)完整的巨型筒體系，其極好的整體效應(yīng)決定了其極佳的抗震效能。巨型結(jié)構(gòu)體系也可與其他常規(guī)體系進(jìn)行組合運(yùn)用，經(jīng)實(shí)踐證明已表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)男阅軆?yōu)越性。

1.4 筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)同樣是一種應(yīng)用于超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系。簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)有單筒和束筒之分，其主要區(qū)別在于閉合體的多少，由于兩者的腹板框架都需要承擔(dān)絕大部分剪力而翼緣框架承擔(dān)絕大部分彎矩，因此無(wú)論是單筒還是束筒都有可能存在剪力滯后的問(wèn)題。針對(duì)這一情況應(yīng)從根據(jù)設(shè)置剪力墻式內(nèi)筒、采用密排框架柱和各層樓蓋處的深梁剛接的外筒、其他豎向構(gòu)件來(lái)承受主要豎向荷載等不同的受力特點(diǎn)來(lái)具體分析，來(lái)提高結(jié)構(gòu)體系的抗側(cè)移剛度和抗扭性能。

2 鋼結(jié)構(gòu)破壞部位

2.1 節(jié)點(diǎn)連接的破壞

節(jié)點(diǎn)連接對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義，建筑中的鋼結(jié)構(gòu)都是由豎桿、水平桿、斜桿用焊縫或螺栓拼裝成抗側(cè)力的框架和框架支撐結(jié)構(gòu)。這些由桿件組成的框架結(jié)構(gòu)之所以能承受豎向荷載和水平荷載靠的是桿件之間的節(jié)點(diǎn)將其連接為一個(gè)非機(jī)動(dòng)構(gòu)架。因此一旦節(jié)點(diǎn)連接發(fā)生破壞便會(huì)影響整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的承載能力。通過(guò)對(duì)1994 年的美國(guó)北嶺地震和1995 年的日本阪神地震中的建筑受損情況進(jìn)行分析，節(jié)點(diǎn)破壞原因與梁受壓翼板傳來(lái)的壓力和拉力使柱腹板翹曲和焊縫斷裂有關(guān)。

2.2 構(gòu)件的破壞

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中其脆性破壞主要是失穩(wěn)和脆性斷裂，因此避免鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的脆性破壞是鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。例如，在1995年的阪神地震當(dāng)中，當(dāng)時(shí)一棟位于蘆屋市的住宅小區(qū)內(nèi)共有57 根鋼柱發(fā)生了斷裂現(xiàn)象，其中14 層以下的樓層大多出現(xiàn)箱形截面柱斷裂，并且斷口呈水平的形狀，可判斷都是由脆性破壞造成。通過(guò)對(duì)保存的記錄資料分析可作如下推斷。第一，鋼柱的斷裂多發(fā)生在拼接焊縫附近，可能由于拼接焊縫區(qū)域?qū)儆阡撝谋∪醪课?第二，箱形截面柱的壁厚達(dá)50mm，可能由于焊接過(guò)熱造成的鋼材延展性降低;第三，地震發(fā)生時(shí)正是日本嚴(yán)冬，低溫是鋼材脆性增加的隱患因素之一。

3 鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求

3.1 選擇對(duì)建筑抗震有利的場(chǎng)地和地基

場(chǎng)地選擇上應(yīng)盡量避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利的地段，選擇有利于抗震的場(chǎng)地。通常來(lái)說(shuō)抗震危險(xiǎn)地段多指地質(zhì)情況復(fù)雜區(qū)域，常因地震的能量釋放進(jìn)而引發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等二次災(zāi)害。因此，在選擇高層抗震建設(shè)用地時(shí)應(yīng)盡力避開(kāi)不利地段，選擇具有較大“平均剪切波速”的堅(jiān)硬場(chǎng)地上，從而減輕地震對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的損害。

3.2 合理選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型

鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系涉及內(nèi)容較多，因此在施工時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑的層高、場(chǎng)地、地基、基礎(chǔ)、材料并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件綜合比較確定。

3.3 建立多道抗震防線

多道抗震防線設(shè)計(jì)應(yīng)該貫穿于鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的始終，當(dāng)建筑物處在地震荷載作用下時(shí)，較大的抗推剛度的結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足當(dāng)前變形方面的要求，并利用贅余桿件的屈服和彈塑性變形來(lái)消耗盡可能多的地震輸入能量;而當(dāng)遭遇更高地震烈度，建筑物面臨的承載力驟然增加時(shí)，利用贅余桿件的破壞和退出工作，以此來(lái)吸收和耗散地震能量，最終確保結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過(guò)度到仍然穩(wěn)定的另一種體系。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文的分析不難看出，隨著人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震要求的不斷提高，如何進(jìn)一步完善現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)成為了當(dāng)前工作的重要內(nèi)容。而通過(guò)本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)體系的探討，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)其的認(rèn)識(shí)，有利于促進(jìn)我國(guó)建筑抗震的設(shè)計(jì)與發(fā)展。

［1］牛彬彬，陳石，殷少雄.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗震存在的問(wèn)題及建議［J］.中國(guó)建材科技，2015，02:289 -290.

［2］陳影.略談鋼結(jié)構(gòu)防腐工作心得體會(huì)［J］.科技風(fēng)，2015，07:11.

［3］郭小政，陶錢(qián)貴.淺談鋼結(jié)構(gòu)抗震［J］.科技與企業(yè)，2015，04:136 +138.

［4］李宗翱.淺談砌體結(jié)構(gòu)抗震方法［J］.科技致富向?qū)В?015，05:114+197.