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摘要：钢材是一种很适宜建造抗震结构的材料，原因在于：钢材具有轻质高强的特性，可减轻结构的自重，从而减轻结构所受的地震作用；钢材材质均匀，强度易于保证，因此结构的可靠性大；钢材的延性好，使结构具有很大的变形能力，即使在很大的变形下仍不倒塌，从而可保证结构的安全性。本文将以多层建筑钢结构工业厂房为例，探讨厂房的抗震设计。
关键词：建筑；钢结构；厂房；抗震设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
对于多层建筑钢结构工业厂房而言，如果鋼结构房屋设计和制造不当，在地震作用下，仍可能发生构件的失稳、材料的脆性破坏以及连接破坏，使其优良的材性得不到充分发挥，结构未必就具有较高的承载力和延性。震害调查表明，钢结构较少出现倒塌破坏情况，主要震害表现为构件破坏、节点破坏、基础连接破坏等。
1抗震设计一般规定
1.1结构体系
根据纵、横两个方向抗侧力体系的不同，多层钢结构厂房的结构体系可分为以下四种主要形式。(1)纯刚接框架体系。在结构的纵、横两个方向，均采用刚接的框架作为抗侧力结构的结构体系。这种结构形式的耗钢量较多，双向刚接也使节点连接趋于复杂。(2)刚接框架一支撑式结构体系。在结构的横向采用刚接的框架，纵向采用梁柱铰接、设置支撑的支撑式结构作为抗侧力结构的结构体系，该体系是多层工业厂房中的主要结构形式。(3)支撑式结构体系。在纵、横两个方向均采用梁柱铰接的钢骨架，并在钢骨架之间设置竖向支撑作为抗侧力结构的结构体系。(4)混合结构体系。由于设备布置和生产操作的需要，在纵、横两个方向同时采用刚接框架和支撑式结构作为抗侧力构件的结构体系。
1.2结构体型与布置
多层钢结构房屋抗震设计时，应尽量使厂房的体型规则、均匀、对称。多层钢结构厂房的平面布置，应考虑各楼层的工艺布置，尽量使纵、横两个方向的刚度中心与质量中心重合，同时应使传力体系明确合理，空间刚度可靠，节点构造简单，并应尽量减少构件的类型。多层钢结构厂房的竖向布置，纵、横两个方向的质量与刚度沿高度方向宜均匀变化，避免刚度的突然变化，同时应尽量避免出现错层。
1.3防震缝的设置
平面形状复杂、各部分框架高度差异大或楼层荷载相差悬殊时，应设防震缝或采取其他措施。防震缝处一般应采用双排承重结构，将其两侧上部结构完全分开，缝的净宽度宜根据设防烈度、场地类别以及厂房高度等因素综合考虑，最小宽度不应小于相应混凝土结构房屋的1.5倍。
1.4设备
料斗等设备穿过楼层且支承在该楼层时，其运行装料后设备总重心宜接近楼层的支点处。同一设备穿过两个以上楼层时，应选择其中的一层作为支座，必要时可另选一层加设水平支承点；一般不采用分层支承的方式，因为若分层支承，不但各层楼层梁的挠度难以同步，使各层结构传力不明确，同时在地震作用下，由于层间位移会给设备、料斗产生附加效应，严重的可能损坏旋转设备。对于自承重的设备穿越楼层时，厂房楼盖应与设备分开，且该设备与洞口间应留有不小于防震缝宽度的间隙；对于穿过墙壁或楼层的管道，该管道与洞口间也应留有不小于防震缝宽度的间隙。一般情况下，楼层上的设备不得跨越防震缝布置，对必须跨越防震缝的管线或皮带运输机等，应考虑与厂房在地震作用下相协调的构造措施。厂房内的工作平台结构与厂房框架结构宜采用防震缝脱开布置。当与厂房结构连接成整体时，平台结构的标高宜与厂房框架的相应楼层标高一致。
2建筑钢结构工业厂房抗震设计分析
多、高层钢结构房屋地震作用计算可根据不同情况可采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等。
2.1计算模型
多、高层钢结构房屋的计算模型，当结构布置规则，质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构等时，应采用空间结构计算模型。框架一支撑(抗震墙板)结构计算模型中，部分构件单元模型可做适当的简化。支撑斜杆构件的两端连接节点虽然按刚接设计，但在大量的分析中发现，支撑构件两端承担的弯矩很小，则计算模型中支撑构件可按两端铰接计算；内藏钢支撑钢筋混凝土墙板构件只在支撑节点处与钢框架相连，可按支撑构件模拟；对于带竖缝混凝土抗震墙板，可考虑只承受水平荷载产生的剪力，不承受竖向荷载产生的压力。在钢框架一中心支撑结构中，斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架分析，但应考虑支撑偏离对框架梁造成的附加弯矩。当结构在地震作用下的重力附加弯矩与初始弯矩之比大于10％时，应计人重力二阶效应的影响。重力附加弯矩是指某一楼层以上全部重力荷载与该楼层地震平均层间位移的乘积；初始弯矩是指该楼层地震剪与楼层层高的乘积。对于重力二阶效应的影响，可对计算模型中所有的构件都考虑几何刚度计算。在多、高层钢结构中，是否考虑梁柱节点域剪切变形对层间位移的影响要根据结构形式、框架柱的截面形式以及结构的层数、高度而定。规范规定，框架梁可按梁端截面的内力设计。对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；对箱形柱框架、中心支撑框架和不超过50m的钢结构，其层间位移计算可不计人梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线进行分析。阻尼比的确定：多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其阻尼比应增加0.005。在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。
2.2变形验算
在多遇地震作用下(弹性阶段)，过大的层间变形会造成非结构构件的破坏；在罕遇地震作用下(弹塑性阶段)，过大的变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限制结构的变形，使其不超过一定的限值。在多遇地震下，钢结构的层间变形应不超过层高的1/250；在罕遇地震下，钢结构的层间变形不应超过层高的1/50。
2.3地震作用下的内力调整
为了体现钢结构抗震设计中多道设防、强柱弱梁原则以及保证结构在大震作用下按照理想的屈服形式屈服，可通过调整结构中不同部分的地震效应或不同构件的内力设计值来实现。对框架一支撑结构等多重抗侧力体系，框架部分的内力应按计算得到的地震内力乘以调整系数，达到结构底部总地震剪力的25％和框架部分计算地震剪力最大值的1.8倍中的最小值。这样可在第一道防线(如支撑)失效后，框架仍可提供相当的抗剪能力，发挥二道设防作用。对于钢框架一偏心支撑结构，为了确保仅消能梁段屈服，以消耗地震输入能量，应选择合适的消能梁段长度和梁柱支撑截面，即强柱、强支撑和弱消能梁段。为此，对偏心支撑结构构件应进行以下内力调整：(1)支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.4，二级不应小于1.3，三级不应小于1.2。(2)位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时的框架梁内力与增加系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1。(3)框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱的内力与增大系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1。其他构件的内力调整。对框架梁，可不按柱轴线处的内力而按梁端内力设计。钢结构转换层下的钢框架柱，其内力设计值应乘以增大系数，增大系数可取为1.5。
参考文献：
[1]为灾区恢复重建 积极推广应用钢结构建筑——钢结构在地震地区应用论坛在四川绵阳召开[J]. 中国建筑金属结构，2009(07)：120-122.
[2] 杨惠予.提高钢结构耐火性能 大力推广钢结构建筑[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊)，2010(04)：67-68.
[3] 丁美玲，綦方中.钢结构建筑在中国的发展研究[J]. 北方经济，2010(20)：154-155.
[4] 彭彤. 对建筑抗震结构设计的探讨[J]. 科技创新导报，2009(02)：109-110.
关键词：建筑；钢结构；厂房；抗震设计
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
对于多层建筑钢结构工业厂房而言，如果鋼结构房屋设计和制造不当，在地震作用下，仍可能发生构件的失稳、材料的脆性破坏以及连接破坏，使其优良的材性得不到充分发挥，结构未必就具有较高的承载力和延性。震害调查表明，钢结构较少出现倒塌破坏情况，主要震害表现为构件破坏、节点破坏、基础连接破坏等。
1抗震设计一般规定
1.1结构体系
根据纵、横两个方向抗侧力体系的不同，多层钢结构厂房的结构体系可分为以下四种主要形式。(1)纯刚接框架体系。在结构的纵、横两个方向，均采用刚接的框架作为抗侧力结构的结构体系。这种结构形式的耗钢量较多，双向刚接也使节点连接趋于复杂。(2)刚接框架一支撑式结构体系。在结构的横向采用刚接的框架，纵向采用梁柱铰接、设置支撑的支撑式结构作为抗侧力结构的结构体系，该体系是多层工业厂房中的主要结构形式。(3)支撑式结构体系。在纵、横两个方向均采用梁柱铰接的钢骨架，并在钢骨架之间设置竖向支撑作为抗侧力结构的结构体系。(4)混合结构体系。由于设备布置和生产操作的需要，在纵、横两个方向同时采用刚接框架和支撑式结构作为抗侧力构件的结构体系。
1.2结构体型与布置
多层钢结构房屋抗震设计时，应尽量使厂房的体型规则、均匀、对称。多层钢结构厂房的平面布置，应考虑各楼层的工艺布置，尽量使纵、横两个方向的刚度中心与质量中心重合，同时应使传力体系明确合理，空间刚度可靠，节点构造简单，并应尽量减少构件的类型。多层钢结构厂房的竖向布置，纵、横两个方向的质量与刚度沿高度方向宜均匀变化，避免刚度的突然变化，同时应尽量避免出现错层。
1.3防震缝的设置
平面形状复杂、各部分框架高度差异大或楼层荷载相差悬殊时，应设防震缝或采取其他措施。防震缝处一般应采用双排承重结构，将其两侧上部结构完全分开，缝的净宽度宜根据设防烈度、场地类别以及厂房高度等因素综合考虑，最小宽度不应小于相应混凝土结构房屋的1.5倍。
1.4设备
料斗等设备穿过楼层且支承在该楼层时，其运行装料后设备总重心宜接近楼层的支点处。同一设备穿过两个以上楼层时，应选择其中的一层作为支座，必要时可另选一层加设水平支承点；一般不采用分层支承的方式，因为若分层支承，不但各层楼层梁的挠度难以同步，使各层结构传力不明确，同时在地震作用下，由于层间位移会给设备、料斗产生附加效应，严重的可能损坏旋转设备。对于自承重的设备穿越楼层时，厂房楼盖应与设备分开，且该设备与洞口间应留有不小于防震缝宽度的间隙；对于穿过墙壁或楼层的管道，该管道与洞口间也应留有不小于防震缝宽度的间隙。一般情况下，楼层上的设备不得跨越防震缝布置，对必须跨越防震缝的管线或皮带运输机等，应考虑与厂房在地震作用下相协调的构造措施。厂房内的工作平台结构与厂房框架结构宜采用防震缝脱开布置。当与厂房结构连接成整体时，平台结构的标高宜与厂房框架的相应楼层标高一致。
2建筑钢结构工业厂房抗震设计分析
多、高层钢结构房屋地震作用计算可根据不同情况可采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等。
2.1计算模型
多、高层钢结构房屋的计算模型，当结构布置规则，质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构等时，应采用空间结构计算模型。框架一支撑(抗震墙板)结构计算模型中，部分构件单元模型可做适当的简化。支撑斜杆构件的两端连接节点虽然按刚接设计，但在大量的分析中发现，支撑构件两端承担的弯矩很小，则计算模型中支撑构件可按两端铰接计算；内藏钢支撑钢筋混凝土墙板构件只在支撑节点处与钢框架相连，可按支撑构件模拟；对于带竖缝混凝土抗震墙板，可考虑只承受水平荷载产生的剪力，不承受竖向荷载产生的压力。在钢框架一中心支撑结构中，斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架分析，但应考虑支撑偏离对框架梁造成的附加弯矩。当结构在地震作用下的重力附加弯矩与初始弯矩之比大于10％时，应计人重力二阶效应的影响。重力附加弯矩是指某一楼层以上全部重力荷载与该楼层地震平均层间位移的乘积；初始弯矩是指该楼层地震剪与楼层层高的乘积。对于重力二阶效应的影响，可对计算模型中所有的构件都考虑几何刚度计算。在多、高层钢结构中，是否考虑梁柱节点域剪切变形对层间位移的影响要根据结构形式、框架柱的截面形式以及结构的层数、高度而定。规范规定，框架梁可按梁端截面的内力设计。对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响；对箱形柱框架、中心支撑框架和不超过50m的钢结构，其层间位移计算可不计人梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线进行分析。阻尼比的确定：多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其阻尼比应增加0.005。在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。
2.2变形验算
在多遇地震作用下(弹性阶段)，过大的层间变形会造成非结构构件的破坏；在罕遇地震作用下(弹塑性阶段)，过大的变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限制结构的变形，使其不超过一定的限值。在多遇地震下，钢结构的层间变形应不超过层高的1/250；在罕遇地震下，钢结构的层间变形不应超过层高的1/50。
2.3地震作用下的内力调整
为了体现钢结构抗震设计中多道设防、强柱弱梁原则以及保证结构在大震作用下按照理想的屈服形式屈服，可通过调整结构中不同部分的地震效应或不同构件的内力设计值来实现。对框架一支撑结构等多重抗侧力体系，框架部分的内力应按计算得到的地震内力乘以调整系数，达到结构底部总地震剪力的25％和框架部分计算地震剪力最大值的1.8倍中的最小值。这样可在第一道防线(如支撑)失效后，框架仍可提供相当的抗剪能力，发挥二道设防作用。对于钢框架一偏心支撑结构，为了确保仅消能梁段屈服，以消耗地震输入能量，应选择合适的消能梁段长度和梁柱支撑截面，即强柱、强支撑和弱消能梁段。为此，对偏心支撑结构构件应进行以下内力调整：(1)支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.4，二级不应小于1.3，三级不应小于1.2。(2)位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时的框架梁内力与增加系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1。(3)框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱的内力与增大系数的乘积。其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1。其他构件的内力调整。对框架梁，可不按柱轴线处的内力而按梁端内力设计。钢结构转换层下的钢框架柱，其内力设计值应乘以增大系数，增大系数可取为1.5。
参考文献：
[1]为灾区恢复重建 积极推广应用钢结构建筑——钢结构在地震地区应用论坛在四川绵阳召开[J]. 中国建筑金属结构，2009(07)：120-122.
[2] 杨惠予.提高钢结构耐火性能 大力推广钢结构建筑[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊)，2010(04)：67-68.
[3] 丁美玲，綦方中.钢结构建筑在中国的发展研究[J]. 北方经济，2010(20)：154-155.
[4] 彭彤. 对建筑抗震结构设计的探讨[J]. 科技创新导报，2009(02)：109-110.