钢结构建筑抗震性能分析

民营科技 2011年第10期 钢结构建筑抗震性能分析 薛勇 (绥化市工程建设监理有限公司庆安分公司，黑龙江庆安152400) 建筑规划设计 摘要：近年来，全世界地震频频发生，对人们是生命财产安全造成了很大的威胁。在地震中造成人员财产损失的因素之一是建筑物的倒塌，如 何提高建筑物的抗震性能就显得尤为重要。现首先分析了目前建筑使用较多的轻钢结构建筑，再从其中的冷弯薄壁型钢结构和受力分析了其抗震 的能力。 关键词：轻钢结构建筑；冷弯薄壁型钢结构；抗震 自从我国在2008年汶川发生了特大地震灾害以后，我国地震的发 生就较为平凡，并且被人们高度关注。 地震常常会造成很严重人员伤亡，造成人员伤亡的很重要一个因素 是因为建筑物受到剧烈震动倒塌时将人砸、压死亡，或将人深埋在倒塌 的建筑物下无法及时救助而死。因此提高建筑物抗震的能力就显得十分 有意义。 受建筑技术、生产技术和工业化程度的逐步提高和完善，国外许多 国家如美国、英国、澳大利亚、日本等，早在2O世纪6O年代就开始用钢 结构建造过厂房、仓库，到了20世纪70年代，钢结构的应用范围逐渐扩 大，建造跨度一般在1830m。现在澳大利亚钢结构住宅占全部住宅数量 的30，而我国钢结构也已被广泛应用于建筑各个领域，如各类工业厂 房、仓库、超市、高层建筑、多层住宅、活动或可拆迁建筑，尤其在建筑材 料缺乏的地区，钢结构更有利于工期短的建筑、旧房改建及旧房加固。 1轻钢结构建筑 11钢结构建筑 钢材是目前被广泛应用在多个领域的材料之一，由于它具备强度 高、韧性好、自重轻、刚度大的特点，因而适用于建造跨度大、超高、超重 型的建筑物；材质匀质、材料塑性强、加工精度高、效率高、密闭性好，故 可用于建造气、油罐和变压器等，但是它的耐火性和耐腐性却较差。 钢材比一般混凝土、木材和砖石轻，比钢筋混凝土结构轻30 50；另外钢结构断面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积 8左右，因为它的容重与强度都具有一定的优势，所以钢材成为我国近 几年来建筑施工中常常使用的一种材料。 由此而来的钢结构也具备了钢材的优点，如自重轻、强度高、抗震性 能好、施工速度快、工业化程度高等，不仅如此，钢结构与混凝土结构相 比环保型、可再次利用的和易于产业化等方面特点较为突出，因此钢结 构在发达国家被视为环保、高效和节能型建筑结构而在建筑施工中广泛 采用。 在我国，过去开发的建筑多由实心粘土砖建造而成，建筑物自重大， 浪费土地资源，并且抗震性能不佳。然而轻钢结构建筑的出现，具备了钢 结构的特点，比传统建筑相比具有建筑周期短、自重轻等优势，尤其是其 抗震性能好，使得其越来越受到重视。 12轻钢结构 轻钢结构建筑(即轻钢建筑)是指以轻型冷弯薄壁型钢、薄壁钢管、 薄钢板、轻型焊接和高频焊接型钢、轻型热轧型钢以及上述各种构件焊 接、拼接的组合构件为主要承力构件，大量采用轻质材料作为围护、隔离 体系的单、多层结构房屋，其中楼面多由冷弯薄壁型钢架或组合梁、楼面 OSB结构板以及支撑、连接件等组成。 2冷弯薄壁型钢结构 21冷弯薄壁型钢结构概念及特点 在一个建筑中，其抗震性能主要受到建筑物内的承重体系的影响。 目前国内常用的轻钢结构承重体系包括：冷弯薄壁型钢结构体系、金属 拱型波纹屋盖体系、焊接门式刚架结构体系、多层房屋钢结构体系等。 冷弯型钢(又称为钢质冷弯型材或冷弯型材)是一种经济的截面轻 型薄壁钢材，它是指用带钢或钢板经过冷处理(如冷压、冷弯或冷拔)，弯 曲成的各种断面形状的成品钢材。而冷弯薄壁型钢结构体系则是一种板 肋结构体系，主要是指用形状为C型、Z型或矩形钢管作为主要承重构 件，这种板肋结构在同一截面的厚度都基本相同且截面各角顶处呈圆弧 形，这就使得这种结构在平面刚度上有很大的优势，可以使其在一定程 度上抵抗水平风和地震，因此现在许多的别墅、低多层工业、民用建筑中 的刚架、屋架、网架、墙梁、檩条、墙柱等结构和构件都使用冷弯薄壁型钢 结构体系。 冷弯薄壁型钢属于冷弯型钢，它与热轧型钢有着很多的不同，其性 质也因这些不同而有差异，主要有以下不同：冷弯型钢在成型过程中因 受到冷处理的影响，大幅度的提高了钢材的屈服点(即所谓冷弯效应)， 这有利于提升构件的受力性能，从而可达到节省钢材的目的；在同样截 面积下，薄壁型钢截面具有较大的回转半径和惯性矩；在同一体积下，冷 弯薄壁型钢结构的重量轻。并且冷弯型钢还具备了功能多、可丁业化生 产等优点，因此该结构有着广大的发展前景。 22冷弯薄壁型钢结构抗震原理分析 冷弯薄壁型钢结构的截面中除了圆管外，主要是由若干个比较宽厚 的板件构成，而板件的两个纵边按其变形所受约束条件的不同，主要分 成了三个情况：带卷边、有支承和自由边。通常情况下，使用的板件多是 卷边槽钢截面、矩形管截面和不带卷边的槽钢截面，卷边槽钢截面由一 个两边有支承的板件(腹板)和两个一边支承一边带卷边的板件f翼缘)组 成；矩形管截面主要是由四个两边有支承的板件组成；不带卷边的槽钢 截面的两个翼缘各为一边支承一边自由的板件。当冷弯薄壁型钢截面的 板件受到外在的压力而在构件失去整体稳定之前，个别板件常先局部弯 曲，而在有支承和带卷边的板件弯曲后板件内随即产生薄膜张力，这种 张力能有效的阻止板件继续弯曲，此时的板件还可继续承受荷载。但当 外力继续增加时，原先均匀受压截面上的应力呈不均匀分布，所增加的 荷载使靠近板件支承处的部分截面上的应力加大。对于这种结构的冷弯 薄壁型钢结构的受压能力，可以采用一种基于有效截面的简化方法，这 种方法是指：假定该冷弯薄壁型钢结构的压力达到一定荷载后，板件的 部分截面因为无法承受压力而失去了原本所具有的T作效能，因此只能 由剩余的那些接近支承处的部分截面来承受全部的荷载。此时余下部分 截面叫做有效截面，其宽度称为有效宽度，而有效宽度与厚度之比称为 有效宽厚比。冷弯薄壁型钢结构的受压强度和整体稳定性能主要受有效 截面决定，具体大小应按有效截面计算。对于这种有支承和带卷边的截 面，当板件受到外力而产生变形时会受到相邻板件和卷边的约束，而自 由边的变形则不受任何约束，增强了其受压能力。但是对于结构为一边 支承一边自由的板件来说，在受到外力的屈曲后的强度并不明显，并且 不能用有效截面的方法来计算受压强度，但是可以采用限制其宽厚比的 办法保证构件局部不会先屈曲，只有通过提高其宽厚比，让其能够达到 容许值时，板件截面全部有效，从而达到提高其抗震能力的作用。因为冷 弯薄壁型钢结构所特有的结构，使用冷弯薄壁型钢结构的建筑物能具有 较高的抗震能力。 结束语 冷弯薄壁型钢因为其特有的结构而对外界的压力有很强的受压能 力，这也就使得轻钢结构建筑的抗震能力大大的提高了，但是冷弯薄壁 型钢也存在一定的不足，耐腐蚀性差等，因此如何