钢结构排架纵向地震力计算分析

李宁瑞

【摘要】本文对钢结构排架纵向地震力计算展开分析探讨，并以某实际工程项目作为案例，希望能为同行提供一点帮助。

【关键词】钢结构排架；纵向地震力；计算；分析

地震是破坏性严重的自然灾害，在发生之前具有难以预料性，会对人的生命安全、财产安全造成一定损害，因而加强地震预防至关重要。在工厂厂房施工设计过程中，钢结构排架具有广泛的应用，该结构本身具有刚度不均等方面的特性，难以保障其良好的力学性能，一旦地震来临，容易造成塌陷，从而引起不必要的安全事故。为此，有必要对钢结构排架纵向地震力计算进行分析，希望促进钢结构排架力学稳定性的不断提高。

一.工厂厂房概述

某工厂厂房采用钢结构排架设计，在厂房设计过程中，使用年限应大于50a，厂房应切实具有良好的抗震性能，抗震等級也应切实满足I级要求。该工厂厂房的结构平面图如下图1所示。

图1 结构平面图

二.结构动力特性分析

根据SAP2000对钢结构排架进行相关计算，得到相应的质量参与系数，具体的结论如下表1所示。

表1 钢筋混凝土主厂房振型质量参与系数

根据上表1的计算结果，我们能够得知以下结论：第一，I阶振型周期为2.01s，表示其为横向平动，质量参数相对于其他来说较高，能够达到82%。第二，II阶振型周期为1.48s，表示其为纵向平动，质量参数达到了68%，并出现了Z轴转动的现象。第三，III阶振型周期为1.10s，表示其为Z轴转动，在抗震结构设计计算过程中，对于结构抗震具有较为不利的影响。

三.罕遇地震下结构弹塑性时程计算分析

（一）材料

材料主要包括钢筋和混凝土两部分组成。其中，下图3表示钢筋三线性模型，在实际分析计算的过程中，充分考虑刚度退化等方面造成的影响，并对实际连接滑移效果进行有效分析[1]。对于混凝土而言，下图4表示混凝土的骨架曲线，混凝土的构架模型非常符合抗震中心的设计需求。

图3 钢筋的clough三线性模型

图4 混凝土骨架曲线

（二）构件损伤

在钢结构排架设计计算过程中，应对构件损伤方面加以有效判断，包括钢筋拉应变等方面。在构件损伤程度判断中，应遵循变形程度和构建实际性能之间的关系，做出科学合理的判断[2]。概括来说，构件损伤包括以下几个方面：第一，当构件变形仅仅局限于屈服位移，此时损伤程度为轻微损伤。第二，当构件超过屈服位移，此时开始达到近似极限荷载，此时我们可以将这种情况看做中度损伤。在中度损伤发生的过程中，构件的功能不会完全被破坏，因而钢结构构件也不会产生垮塌等现象，相对来说此时地震带来的危害仍不是很大，人仍然处于较为安全的状态。第三，当构件变形已经超过一定的极限值，此时构件变形相当严重，结构此时处于即将垮塌的状态。第四，构件变形远远超过极限承受的范围，此时构件变形垮塌相对较为严重。

根据构件损伤相关的分析，我们能得出以下结论：第一，对于构件没有出现较为严重损伤的现象，如果没有出现非常严重的破坏，结构构件能切实具备一定的承载力，不会产生过大的损坏。第二，对于刚结构排架而言，在错层、煤斗层等部位，容易出现柱损伤，柱损伤的出现，由于框架本身具有的弹性作用，仍然能够提供拉力，因而起到一定的支撑作用。

四.钢结构排架纵向地震力分析

根据钢结构纵向地震力实验，我们通过对其有效分析，能够切实得出下述结论：第一，工厂厂房内部结构相对来说错层较多，而一旦错层较多，在受到地震作用的情况下，层间位移角容易产生变化，并引发薄弱层的形成，薄弱层一旦形成，承受荷载的能力将会大大降低，非常不利于抗震，为此应对薄弱层进行重点抗震设计，消除地震带来的影响[3]。第二，通常来说，错层、煤斗层以及底层部位构件损伤相对较为严重，但是绝大多数损伤仍不会造成极其恶劣的影响，因为大多数是中度损伤。但是，在进行设计的过程中，也应充分满足设计的规范要求，这样才能将中度损伤得以有效控制，第三，钢结构排架通过一定的柱间支撑，能够切实满足结构刚性需求，也更利于抗震。在钢结构排架抗震力分析计算过程中，还需要进一步的探索，以促进抗震性能的真正得以有效实现。

结语：

本文浅要分析探讨钢结构排架纵向地震力计算，并提出了自己的一些看法。在工厂厂房建设过程中，钢结构排架具有较为广泛的应用。为切实提高钢结构排架的力学性能，有效避免地震带来的构件损伤，应切实加强这方面的抗震设计，只有这样，才能有利于钢结构排架结构形式的进一步推广应用，促进我国工业化水平的不断提高。

参考文献：

[1]孙永久.钢结构排架厂房抽柱排架的展开计算分析[J].山西建筑，2012，（10）：41-42.

[2]盛知，周东华，赵惠敏等.确定框架和排架柱计算长度的实用图表法[J].四川建筑科学研究，2014，（3）：8-14.

[3]蒋理，江科文.单层抽柱钢结构厂房的结构分析[J].重庆建筑，2010，（3）：32-35.