目前，鋼結構普遍應用于各種類型的民用建筑中，在高層及超高層建筑中的應用則更為廣泛。同混凝土結構相比，鋼結構具有韌性好、強度與重量比高的優點，具有優越的抗震性能；但是，如果鋼結構房屋在結構設計、材料選用、施工制作和維護上出現問題。則其優良的鋼材特性將得不到充分的發揮，在地震作用下同樣會造成結構的局面破壞或整體倒塌。今天我們湖北銳昊建筑公司就與大家一起探討下高層鋼結構建筑抗震設計.

一、高層建筑發展概括

80年(nian)代(dai)，是我國高(gao)(gao)(gao)層(ceng)(ceng)建(jian)(jian)筑在(zai)設計計算及施(shi)工技術(shu)各方面迅速發展的(de)階段。各大中(zhong)城市普遍興建(jian)(jian)高(gao)(gao)(gao)度在(zai)100m左右或100m以上(shang)(shang)的(de)以鋼(gang)(gang)筋為主的(de)建(jian)(jian)筑，建(jian)(jian)筑層(ceng)(ceng)數和(he)(he)高(gao)(gao)(gao)度不(bu)斷增加(jia)，功能和(he)(he)類型越(yue)來(lai)越(yue)復雜(za)，結(jie)構(gou)體(ti)系日趨多樣化(hua)(hua)。比較有(you)(you)代(dai)表性(xing)的(de)高(gao)(gao)(gao)層(ceng)(ceng)建(jian)(jian)筑有(you)(you)上(shang)(shang)海錦江飯(fan)店，它(ta)是一座現代(dai)化(hua)(hua)的(de)高(gao)(gao)(gao)級賓館，總(zong)高(gao)(gao)(gao)153.52m，全(quan)部采用框(kuang)架一芯墻全(quan)鋼(gang)(gang)結(jie)構(gou)體(ti)系，深圳(zhen)發展中(zhong)心大廈(sha)43層(ceng)(ceng)高(gao)(gao)(gao)165.3m,加(jia)上(shang)(shang)天線的(de)高(gao)(gao)(gao)度共185.3m,這是我國第(di)一幢大型高(gao)(gao)(gao)層(ceng)(ceng)鋼(gang)(gang)結(jie)構(gou)建(jian)(jian)筑。進入90年(nian)代(dai)我國高(gao)(gao)(gao)層(ceng)(ceng)建(jian)(jian)筑的(de)設計與施(shi)工技術(shu)進入了新的(de)階段。不(bu)僅結(jie)構(gou)體(ti)系及建(jian)(jian)筑材料(liao)出現多樣化(hua)(hua)而且在(zai)高(gao)(gao)(gao)度上(shang)(shang)長幅(fu)很大有(you)(you)一個飛躍。深圳(zhen)于1995年(nian)6月(yue)封(feng)頂的(de)地王大廈(sha)，81層(ceng)(ceng)高(gao)(gao)(gao)，385.95m為鋼(gang)(gang)結(jie)構(gou)，它(ta)居目前(qian)世界建(jian)(jian)筑的(de)第(di)四位

二(er)、高(gao)層鋼結構(gou)震害(hai)現(xian)象及(ji)其(qi)原因分析

鋼(gang)結構被認為具有卓越的(de)抗震(zhen)(zhen)性(xing)能(neng)，在(zai)歷次的(de)地震(zhen)(zhen)中，鋼(gang)結構房(fang)(fang)屋的(de)震(zhen)(zhen)害(hai)要小于(yu)鋼(gang)筋混凝土(tu)結構房(fang)(fang)屋。很少發生整體破壞(huai)(huai)或倒塌現象。盡(jin)管如此，由于(yu)焊接、連接、冷加工(gong)(gong)等工(gong)(gong)藝技術以及外部(bu)環境的(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)材材料的(de)優點(dian)將(jiang)受到影(ying)響(xiang)。特別是因設計、施(shi)工(gong)(gong)以及維護不(bu)當，就(jiu)很可(ke)(ke)能(neng)造成結構的(de)破壞(huai)(huai)。根據鋼(gang)結構在(zai)歷次地震(zhen)(zhen)中的(de)破壞(huai)(huai)形態，可(ke)(ke)能(neng)破壞(huai)(huai)形式分為以下(xia)幾類：

1、 結構倒塌

結(jie)構倒塌是地震中(zhong)結(jie)構破壞最(zui)嚴重的(de)(de)(de)(de)形(xing)式。造(zao)成(cheng)結(jie)構倒塌的(de)(de)(de)(de)主要原因(yin)是結(jie)構薄弱(ruo)層的(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)，而薄弱(ruo)層的(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)是由于結(jie)構樓(lou)層屈服強度系數(shu)和抗變4剛度沿高度分布不(bu)均勻(yun)造(zao)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)。這就要求在(zai)設計過程中(zhong)應(ying)盡量避(bi)免上述不(bu)利因(yin)素的(de)(de)(de)(de)出現。

2、 節點破壞

節(jie)點破(po)壞(huai)(huai)是地震中(zhong)發生(sheng)最多的(de)一種破(po)壞(huai)(huai)形式。剮性連接(jie)(jie)的(de)結構(gou)構(gou)件一般采(cai)用(yong)鉚接(jie)(jie)或(huo)焊(han)接(jie)(jie)形式連接(jie)(jie)。如果(guo)在(zai)(zai)節(jie)點的(de)設(she)計和施(shi)工中(zhong)，構(gou)造(zao)及焊(han)縫存在(zai)(zai)缺陷，節(jie)點區就(jiu)可能出(chu)現(xian)應力集中(zhong)、受力小均的(de)現(xian)象(xiang)，在(zai)(zai)地震中(zhong)很容易出(chu)現(xian)連接(jie)(jie)破(po)壞(huai)(huai)。梁(liang)柱節(jie)點可能出(chu)現(xian)的(de)破(po)壞(huai)(huai)現(xian)象(xiang)主要表現(xian)為：鉚接(jie)(jie)斷(duan)(duan)裂，焊(han)接(jie)(jie)部位位脫，加勁板(ban)斷(duan)(duan)型、屈曲(qu)，腹板(ban)斷(duan)(duan)裂、屈曲(qu)等。

3、 構(gou)件破壞

在以往(wang)所有(you)(you)地震(zhen)中，多高(gao)層建(jian)筑(zhu)鋼結(jie)構(gou)(gou)構(gou)(gou)件破(po)壞(huai)的主要(yao)形(xing)式有(you)(you)支(zhi)撐的破(po)壞(huai)與(yu)失穩(wen)(wen)(wen)以及梁(liang)柱局部破(po)壞(huai)兩種(zhong)。（1）支(zhi)撐的破(po)壞(huai)與(yu)失穩(wen)(wen)(wen)。當地震(zhen)強度較(jiao)大時，支(zhi)撐承(cheng)受反(fan)復拉壓的軸向力(li)作用，一(yi)旦(dan)壓力(li)超(chao)出支(zhi)撐的屈(qu)曲臨界力(li)時，就(jiu)會出現破(po)壞(huai)或(huo)失穩(wen)(wen)(wen)。（2）梁(liang)柱局部破(po)壞(huai)。對(dui)于(yu)框架柱，主要(yao)有(you)(you)翼緣屈(qu)曲、翼縫撕裂(lie)，甚(shen)至框架柱會出現水平(ping)裂(lie)縫或(huo)斷裂(lie)破(po)壞(huai)。對(dui)于(yu)框架梁(liang)，主要(yao)有(you)(you)翼緣屈(qu)曲、腹(fu)板(ban)屈(qu)曲和開裂(lie)、扭轉(zhuan)屈(qu)曲等破(po)壞(huai)形(xing)態。

4、基礎錨固破(po)壞

鋼(gang)構(gou)件(jian)與(yu)基礎(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)錨(mao)固破壞主要(yao)表現為(wei)柱腳處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)地腳螺栓脫開、混凝土破碎(sui)導致(zhi)錨(mao)固失效、連接板斷裂等，這種破壞形式曾發生多起，根據對上述(shu)鋼(gang)結(jie)構(gou)房(fang)屋(wu)震(zhen)害特征的(de)(de)(de)(de)(de)分析可(ke)知，盡管鋼(gang)結(jie)構(gou)抗震(zhen)性能(neng)較好，但在歷次的(de)(de)(de)(de)(de)地震(zhen)中，也會出(chu)現不同程(cheng)度的(de)(de)(de)(de)(de)震(zhen)害。究其(qi)原因，元素是和結(jie)構(gou)設計、結(jie)構(gou)構(gou)造、施工(gong)質量、材料質量、日(ri)常維護(hu)等有關(guan)，為(wei)了預防以上震(zhen)害的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現，減輕震(zhen)害帶來的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失，多高層鋼(gang)結(jie)構(gou)房(fang)屋(wu)抗震(zhen)設計必須嚴格遵循有關(guan)規程(cheng)進行。

三、抗震設計基(ji)本要求

1、鋼(gang)結構(gou)房屋(wu)結構(gou)類型

常見(jian)的(de)鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)房(fang)屋(wu)的(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)體(ti)系有框(kuang)(kuang)架結(jie)(jie)構(gou)(gou)、框(kuang)(kuang)架一(yi)支援結(jie)(jie)構(gou)(gou)、框(kuang)(kuang)架一(yi)抗震墻板結(jie)(jie)構(gou)(gou)、簡體(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)以(yi)及巨(ju)型框(kuang)(kuang)架結(jie)(jie)構(gou)(gou)等。鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)房(fang)屋(wu)的(de)抗震性能的(de)優劣取(qu)決于(yu)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)選型，進(jin)行實際工程設計時，需(xu)要(yao)綜合考慮多種因(yin)素進(jin)行方案(an)的(de)優化，在優化過程中(zhong)確定其適宜的(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)體(ti)系。

2、鋼結構(gou)房屋結構(gou)布置原(yuan)則(ze)

鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)房屋的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)體(ti)系和結(jie)(jie)構(gou)(gou)布置(zhi)的(de)(de)選擇關(guan)系到結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)安全(quan)性(xing)、適用(yong)性(xing)和經濟性(xing)。和其他類型(xing)的(de)(de)建筑結(jie)(jie)構(gou)(gou)一(yi)(yi)樣(yang)，多高層鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)房屋應盡量(liang)采用(yong)規則的(de)(de)建筑方案。當結(jie)(jie)構(gou)(gou)體(ti)型(xing)復雜、平立面特(te)別不(bu)規則時，可(ke)按(an)實際需(xu)要在適當部位設(she)置(zhi)防震續，從而形成多個較規則的(de)(de)抗(kang)側力結(jie)(jie)構(gou)(gou)單元(yuan)。由(you)于(yu)鋼結(jie)(jie)構(gou)(gou)可(ke)耐受的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)(gou)變(bian)形大于(yu)混凝土結(jie)(jie)構(gou)(gou)，一(yi)(yi)般來說，不(bu)宜(yi)設(she)抗(kang)震縫(feng)，必須設(she)置(zhi)時，抗(kang)震縫(feng)寬應不(bu)小于(yu)相應鋼筋混凝土結(jie)(jie)構(gou)(gou)房屋的(de)(de)1.5倍。

3、 鋼(gang)結構房(fang)屋適用(yong)的最大(da)高度和高寬(kuan)比

根據結構(gou)(gou)總體(ti)高度(du)和(he)抗(kang)震(zhen)設防烈度(du)確定(ding)結構(gou)(gou)類型和(he)最(zui)(zui)大(da)(da)適用高度(du)。結構(gou)(gou)的高寬(kuan)比(bi)(bi)是影(ying)響結構(gou)(gou)整(zheng)體(ti)穩定(ding)性和(he)抗(kang)震(zhen)性能的重(zhong)要參數，它對結構(gou)(gou)剛度(du)、側移和(he)振動(dong)形(xing)式有直接影(ying)響。高度(du)比(bi)(bi)指房屋總高度(du)與平面較小寬(kuan)度(du)之比(bi)(bi)。高寬(kuan)比(bi)(bi)值較大(da)(da)時，一方面使結構(gou)(gou)產生較大(da)(da)的水平位(wei)移及P—A效應(ying)(ying)，還由(you)于(yu)傾覆(fu)力矩使柱產生很大(da)(da)的軸向力。因此(ci)，需要對鋼結構(gou)(gou)房屋的最(zui)(zui)大(da)(da)高寬(kuan)比(bi)(bi)制定(ding)限值，不宜(yi)大(da)(da)于(yu)合理的限值，超過時應(ying)(ying)進行專(zhuan)門研究(jiu)，采取必(bi)要的抗(kang)震(zhen)措(cuo)施。

四、抗震設計的一般方法

鋼(gang)材(cai)(cai)基本屬于各向(xiang)同性的(de)均質材(cai)(cai)料，且質輕(qing)高(gao)強(qiang)、延性好，是(shi)一種很(hen)(hen)適合于建筑抗(kang)震(zhen)結構(gou)(gou)(gou)的(de)材(cai)(cai)料，在(zai)(zai)地(di)(di)震(zhen)作用下(xia)，高(gao)層鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)房(fang)屋由于鋼(gang)材(cai)(cai)材(cai)(cai)質均勻，強(qiang)度易于保證，所以結構(gou)(gou)(gou)的(de)可靠性大；輕(qing)質高(gao)強(qiang)的(de)特點使得(de)鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)房(fang)屋的(de)自重輕(qing)，從而(er)所受地(di)(di)震(zhen)作用減(jian)小(xiao)；良好的(de)延性使結構(gou)(gou)(gou)在(zai)(zai)很(hen)(hen)大的(de)變形下(xia)仍不致倒塌，從而(er)保證結構(gou)(gou)(gou)在(zai)(zai)地(di)(di)震(zhen)作用下(xia)的(de)安全性。但是(shi)，鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)房(fang)屋如果設計和(he)制造(zao)不當，在(zai)(zai)地(di)(di)震(zhen)作用下(xia)，可能發生構(gou)(gou)(gou)件(jian)的(de)失穩和(he)材(cai)(cai)料的(de)脆(cui)性破壞或連接破壞，使鋼(gang)材(cai)(cai)的(de)性能得(de)不到(dao)充(chong)分發揮，造(zao)成災難性后果。因此高(gao)層鋼(gang)結構(gou)(gou)(gou)房(fang)屋的(de)抗(kang)震(zhen)設計就顯得(de)非(fei)常重要(yao)和(he)必要(yao)。

1、建筑場(chang)地

在選擇建(jian)筑場(chang)(chang)(chang)地時，應(ying)根據(ju)工程需要，掌握(wo)地震活動情況和(he)工程地質的(de)(de)(de)有關資料，對建(jian)筑場(chang)(chang)(chang)地做出綜合評價。宜選擇對建(jian)筑抗震有利的(de)(de)(de)地段(duan)，如(ru)開闊平(ping)坦的(de)(de)(de)堅硬(ying)場(chang)(chang)(chang)地土或密(mi)實均勻的(de)(de)(de)干硬(ying)場(chang)(chang)(chang)地土等地段(duan)，避開對建(jian)筑抗震不利的(de)(de)(de)地段(duan)，如(ru)軟(ruan)弱場(chang)(chang)(chang)地土、易液化土、條(tiao)狀(zhuang)突(tu)出的(de)(de)(de)山(shan)嘴、高(gao)聳孤立的(de)(de)(de)山(shan)丘，非巖質的(de)(de)(de)陡坡(po)、采空區(qu)、河岸和(he)邊(bian)坡(po)邊(bian)緣(yuan)等地段(duan)。

2、地(di)基和基礎

為了避免建筑物不(bu)均勻沉降而導致(zhi)結(jie)構(gou)產(chan)生裂隙、甚至傾(qing)斜，使結(jie)構(gou)構(gou)件過早(zao)進入塑性區，同一結(jie)構(gou)單(dan)元不(bu)應設置在(zai)性質截然不(bu)同的地基(ji)(ji)土上，不(bu)宜部分采(cai)用天然地基(ji)(ji)，部分采(cai)用樁基(ji)(ji)；地基(ji)(ji)有軟(ruan)弱粘(zhan)性土、可液化土或嚴重不(bu)均勻土層時，應加強(qiang)基(ji)(ji)礎(chu)的整體(ti)性和剛性。

3、平(ping)面(mian)和立(li)面(mian)布(bu)置

為(wei)了避免(mian)地震(zhen)時建(jian)筑發生扭轉和(he)應力(li)集中或塑性變(bian)形(xing)(xing)集中而形(xing)(xing)成(cheng)薄(bo)弱環(huan)節，建(jian)筑平(ping)面(mian)、立面(mian)布置宜規(gui)則、對稱(cheng)，質量(liang)分布和(he)剛度(du)變(bian)化宜均勻。但(dan)不設(she)置抗震(zhen)縫時，應采用與(yu)實際情況相符合的(de)(de)計算模型，設(she)置抗震(zhen)縫時，應將(jiang)建(jian)筑物分割成(cheng)規(gui)則的(de)(de)結(jie)構單元(yuan)。我國《抗震(zhen)規(gui)范》對高層鋼(gang)結(jie)構房屋的(de)(de)最(zui)大(da)(da)適用高度(du)和(he)鋼(gang)結(jie)構房屋的(de)(de)最(zui)大(da)(da)高寬比都有規(gui)定：

（1）、結(jie)構(gou)(gou)體系應(ying)具(ju)有(you)(you)明(ming)確的(de)計算簡圖和合理的(de)地(di)震(zhen)作用傳遞途徑(jing)；應(ying)有(you)(you)多道抗(kang)(kang)震(zhen)設(she)防防線，避免(mian)因部(bu)分(fen)結(jie)構(gou)(gou)或(huo)構(gou)(gou)件(jian)失效而(er)導致整(zheng)個體系喪(sang)失抗(kang)(kang)震(zhen)能(neng)(neng)力(li)或(huo)喪(sang)失對重力(li)的(de)承(cheng)載(zai)(zai)能(neng)(neng)力(li)；應(ying)具(ju)備(bei)必要的(de)承(cheng)載(zai)(zai)能(neng)(neng)力(li)，良好的(de)變(bian)形能(neng)(neng)力(li)和耗能(neng)(neng)能(neng)(neng)力(li)；應(ying)具(ju)有(you)(you)合理的(de)剛度分(fen)布和承(cheng)載(zai)(zai)力(li)分(fen)布，避免(mian)因局(ju)部(bu)削弱(ruo)或(huo)突變(bian)而(er)形成(cheng)薄弱(ruo)部(bu)位，產生過大的(de)應(ying)力(li)集中或(huo)塑(su)性變(bian)形集中，對可能(neng)(neng)出現的(de)薄弱(ruo)部(bu)位，應(ying)采(cai)取措施提高(gao)其承(cheng)載(zai)(zai)能(neng)(neng)力(li)。

（2）、在抗震(zhen)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)體(ti)系中(zhong)，應(ying)使(shi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)構(gou)(gou)(gou)件(jian)和連接部位(wei)具有良好(hao)的(de)延性(xing)，避免(mian)脆性(xing)破壞，提高抗震(zhen)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)整體(ti)變形能(neng)力(li)。因此(ci)，鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)構(gou)(gou)(gou)件(jian)應(ying)合理控制尺寸，防止局部失穩或(huo)整體(ti)失穩，如對(dui)梁翼緣(yuan)和腹板(ban)的(de)寬厚比和高厚比都作了明確規定。此(ci)外，還應(ying)加強各構(gou)(gou)(gou)件(jian)之(zhi)間的(de)連接，以保證(zheng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)整體(ti)性(xing)，抗震(zhen)支承系統(tong)應(ying)保證(zheng)地震(zhen)作用時結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)的(de)穩定。

（3）、對于女兒墻、圍護墻、雨(yu)篷、封墻等(deng)非結(jie)(jie)構(gou)(gou)構(gou)(gou)件，應(ying)(ying)使其(qi)與(yu)主體(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)有可靠(kao)地連接(jie)和錨固，避免地震時倒塌(ta)傷人，產生附加震害(hai)；圍護墻、隔墻等(deng)與(yu)主體(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的(de)連接(jie)，應(ying)(ying)避免設置(zhi)不當而導(dao)致主體(ti)結(jie)(jie)構(gou)(gou)破(po)壞；應(ying)(ying)避免吊頂塌(ta)落(luo)及懸(xuan)吊較重的(de)裝飾物墜落(luo)，不可避免時應(ying)(ying)采(cai)取可靠(kao)措施。

（4）、建筑物在強震(zhen)作用下的(de)(de)(de)表(biao)現，既是對抗(kang)震(zhen)設(she)計的(de)(de)(de)檢驗(yan)，也(ye)是對施(shi)(shi)工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)量的(de)(de)(de)檢驗(yan)。施(shi)(shi)工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)量的(de)(de)(de)好壞，直接影響(xiang)鋼(gang)結(jie)構房屋的(de)(de)(de)抗(kang)震(zhen)能力。因此(ci)，抗(kang)震(zhen)結(jie)構對材(cai)(cai)料(liao)和施(shi)(shi)工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)量的(de)(de)(de)特別要(yao)求，應在設(she)計文件(jian)上注(zhu)明(ming)。建筑物的(de)(de)(de)施(shi)(shi)工(gong)(gong)要(yao)特別注(zhu)意符合(he)圖紙上合(he)理(li)的(de)(de)(de)抗(kang)震(zhen)要(yao)求，注(zhu)意材(cai)(cai)料(liao)選擇，確保施(shi)(shi)工(gong)(gong)質(zhi)(zhi)量。

隨著人(ren)(ren)們(men)對地震(zhen)(zhen)的(de)不斷(duan)認(ren)識，為防止(zhi)出現(xian)嚴重的(de)地震(zhen)(zhen)的(de)嚴重災害(hai)，造成財產損(sun)失(shi)和生命傷亡。人(ren)(ren)們(men)對高(gao)層鋼結構(gou)房屋(wu)的(de)抗震(zhen)(zhen)要求不斷(duan)提高(gao)。本文闡明了設(she)(she)(she)計人(ren)(ren)員進行高(gao)層鋼結構(gou)房屋(wu)抗震(zhen)(zhen)設(she)(she)(she)計時(shi)，應首先從概念設(she)(she)(she)計著手，制定(ding)比較合理的(de)設(she)(she)(she)計方案等(deng)，確保房屋(wu)抗震(zhen)(zhen)設(she)(she)(she)防目標的(de)實(shi)現(xian)。