钢结构框架的抗震设计与性能优化

钢结构抗震分析与优化设计解析

随着城市化建设的不断推进，人们生活质量的不断提高，对建筑的安全性提出了更高的要求，国家为保障钢材安全性能，不仅制定出台相应的强制性国家标准，并对提高钢材安全性能，进行了大量卓有成效的研究和科研攻关，使得钢材性能得到进一步的提升，为建筑工程用材作出巨大贡献。间接的增强建筑的稳定性以及抗震性，为人们的生命财产安全提供重要的保障。相对于其他建筑结构来说，钢结构虽然具有更强的抗震能力，但对抗震设计的要求也相对更高，且容易受到多方面因素的影响。为此，本文简单阐述了抗震概念设计，并对钢结构抗震以及抗震优化设计进行分析。

标签：钢结构;抗震设计;优化设计

引言

由于钢结构具有强度高、装配化程度高、塑形强、绿色节能、自重轻以及韧性强等多个优势特征，在建筑行业得到了广泛应用，亦受到诸多建筑师的青睐。同时，在党和政府的高度重视下，通过制定出台一系列技术操作规范标准等支持和扶持政策，促进了钢结构工程的科学快速发展。

由于我国处于多条地震带上，导致地震灾害频发，对人民的生命和财产安全带来了极大的威胁，所以对钢结构抗震设计进行深入分析，不仅有助于行业健康发展，更对保障人民群众安居乐业有着重要意义。

1 抗震概念设计

抗震概念设计主要是指：根据以往的工程经验和地震灾害情况所形成的设计思想、设计原则，并依据这些原则和理念对建筑结构的竖向以及平面进行布置，并对这一过程进行精细化改进和完善的设计过程。

在《建筑抗震设计规范》中对所有建筑提出了具体的要求和规定：一是在设计中，应该保证结构具有科学合理的地震作用传递途径以及清晰明确的计算简图，以保障结构抗震性能的充分发挥。二是应该充分考虑整体结构的完整性和可靠性，以免因部分构件或结构的破坏状况，致使整个结构的负荷承载能力或者抗震能力受到不良影响。三是应该针对可能存在或出现的薄弱位置进行及时的强化和加固，以确保结构的抗震性能。四是结构应该具备良好的地震能量消耗能力以及变形能力，以提升结构的抗震效果。

钢筋混凝土框架结构抗震性能的研究

摘 要：因为影响建筑框架混凝土质量和结构抗震性能的因素和环节是多种多样的。笔者对如何提高建筑钢筋混凝土框架结构的抗震性能谈谈自己的看法。

关键词：钢筋混凝土；框架结构；提高；抗震性能；方法

Pick to: because affect architectural framework and structure seismic

performance of concrete quality factor and the link is many and varied. The author of

how to improve the seismic performance of reinforced concrete frame structure

buildings talk about their own views.

Key words: reinforced concrete; Frame structure; To improve; Seismic

performance; methods

我国是多地震国家，地震区分布广。地震对建筑物的危害巨大，建筑物的抗震性能好坏关系到人民生命财产安全。钢筋混凝土框架结构在我国工程建设中应用广泛，加强钢筋混凝土框架结构施工质量的控制和结构抗震验收，提高抗震性能，是我们工程建设人员义不容辞的责任和义务。

1 加强框架结构节点施工质量的控制是提高结构抗震性能的重要环节

要提高框架结构的抗震性能，首要的是加强构件的连接，使之能满足传递地震时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。框架节点是框架梁柱构件的公共部分，在地震作用下，若节点强度不足，延性不够，钢筋锚固质量差就会使结构丧失整体性而造成破坏。因此必须加强框架节点施工质量的控制，这也和“强节点、强锚固”的抗震设计原则是一致的，“强节点、强锚固”也理应成为施工监理的重要质量控制点。

钢结构框架梁柱节点性能分析

摘要：钢结构框架梁柱节点施工是提升建筑抗震性的主要工序，因此应优化梁柱节点的质量。本文通过概述钢结构框架梁柱节点内容，围绕有限元模型、载荷等方面研究钢结构框架梁柱节点性能，分析多种要素对于节点性能的影响，为优化节点质量提供参考意见，提升建筑工程整体质量，突出项目结构的抗震性能。

关键词：建筑工程；钢结构框架；梁柱节点

前言：钢结构具有韧性塑性强、重量轻、制造简便的优势，该模式在建筑工程中的应用可以缩短施工周期、提升抗震性能。其中梁、柱节点是框架关键连接位置，其性能会决定框架结构在载荷基础下的整体性。因此，有必要深入分析钢结构框架梁柱节点的实际性能，实现构件和节点的标准化设计，优化节点性能。

1钢结构框架梁柱节点概述

1.1刚性连接模式

其一，全焊连接。借助融透的方式焊接梁上下翼，通过双面胶焊接腹板。上述连接模式对于焊接技术要求较高，若操作失误会导致应力集中，对施工结构受到影响。其二，全栓焊接。借助T型钢，使用高强螺栓连接梁翼和柱翼，不会产生三向应力和残余应力。其三，混合连接。该模式包含两方面内容：一方面是利用融透焊接梁上下翼，并通过大刚度角钢连接高强螺栓，借助剪力板连接柱翼和高强螺栓。多层钢结构中主要利用刚性连接梁柱，通过柱贯通方式连接框架柱和梁。针对抗震部分，应确保梁翼缘厚度和加劲肋相同。若属于非抗震区域，加劲肋的厚度应≥梁翼缘厚度的1/2，满足板件的实际宽厚比值，防止连接节点受到破坏。

1.2柔性连接模式

柔性连接又称为铰接连接，在梁侧无线位移，不过可以进行自由的转动。该模式包含承托、端板以及角钢三方面。其中，角钢主要连接柱和梁腹板，可以借助连接板替代角钢。端板连接模式和角钢相同，但不可替代。利用承托连接模式连接柱的腹板时，主要将厚板当作承托构件，防止柱腹板弯矩较大，确保偏心力矩传输至柱翼位置。

2钢结构框架梁柱节点性能研究

2.1构建有限元模型

本课题主要借助有限元软件，依据相关学者关于连接节点的研究内容，构建建筑工程中钢框架梁的非线性节点有限元模型，分析其中力学性能的差异性，为后续工程梁柱节点连接模式提供新思路[1]。课题主要利用有限元分析程序构建实验模型，其中模型划分结构为：板单元（柱腹板、梁腹板、梁翼缘），块体单元（螺母、螺帽、翼源）。在模型建设阶段，螺母、螺帽和周边板件密切结合，因此端板、柱翼缘等节点相互连续，实现端板和块体单元的融合。在分析外伸端板位置的连接节点时，最关键的问题是端板和柱翼缘的接触情况。该要素是指非线性状态，当载荷达到某一数值后，可以分开柱翼缘与端板，但梁的翼缘区域紧密接触。因此，构建有限元模型时，需借助界面单元代替端板与柱翼缘的接触面。

钢框架结构的优化设计研究

作者：郑永和

来源：《中国房地产业》 2018年第8期

【摘要】钢框架结构得益于其多项优势特点，在建筑工程实践中被广泛应用。钢框架结构的优化设计问题，涉及要素诸多，设计方案的可行性离不开其对其涉及要素的深刻分析。文章概述了钢框架结构的相关内容，分析了在钢框架结构中的节点连接问题，并就如何实现钢框架结构的优化设计展开了探讨，望对相关工作的开展有所裨益。

【关键词】钢框架结构；优化；设计；研究

随着建筑物高度的增加，特别对于高层建筑，水平荷载逐渐取代了竖向荷载的核心位置，成为结构设计的主要控制因素，因此，抗侧力构件的选择在高层建筑中变得尤为重要。楼层数的增加导致了传统的抗侧力构件已经不能满足高层建筑对于水平承载力及耗能的需求。钢板剪力墙结构是20 世纪70 年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系。具有普通框架结构布置灵活、建筑自重轻、房屋可利用率高、构件易标准化、施工周期短、绿色环保、科技含量高适用范围广等优点，同时在处于抗震设防高烈度的地区，钢结构材料本身延性好能够吸收更多的外加能量因而抗震性能优于混凝土框架，从而大量应用于多高层建筑中。但是纯钢框架又有一个致命的弱点，就是抗侧向刚度性能低，水平荷载作用下变形较大，难以满足设计要求。在结构设计中，除了要考虑建筑自重、楼面人员和设备所带来的竖向荷载，还要考虑风荷载和地震的作用所带来的水平荷载。这些自然界的外加荷载，对于结构的破坏是很严重的。所以，在结构设计时也要采取必要措施来这类解决问题。解决这问题的最根本是在结构在选型时，是否选择了合适的抗侧力体系来抵抗侧向荷载的作用。

1、屈曲钢板墙抗剪理论分析（有限元模型 ）

在对屈曲钢板剪力墙进行数值分析时，将突出研究对象并使问题简化，采用了三种假设方法：1）框架梁、柱节点铰接；2） 框架梁、柱的抗弯刚度无限大；3） 忽略框架梁、柱的轴向变形的影响。