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【摘要】：对于地震高发的我国，对于小高层的钢结构住宅进行抗震性能分析，进行在设计中重视抗震设计，可以增加住宅的稳因性，减少灾害的破坏力，对人民人身、财产安全起到保障作用。
【关键词】：小高层住宅；钢结构；抗震性能能分析；抗震设计
中图分类号： TU241.8文献标识码：A 文章编号：
0、前言
近几年,我国的住宅建筑产业化发展速度十分迅猛,发展方向突破传统的户型、材料和结构体系呈多元化趋势,关于住宅建筑行业发展的讨论也是百家争鸣、各具特色。作为住宅建筑领域的新兴力量,钢结构住宅的发展和讨论也越来越被业界和学界所重视。而我国属于一个地震多发的国家,建筑灾害成为地震灾害中最具破坏和杀伤力的灾害,这更加强了全国从事钢结构设计和研究的同仁们对于普通住宅建筑抗震的思考。
1、钢结构住宅建筑的结构体系及性能特点
1.1、钢框架—钢筋混凝土核心筒结构体系
钢框架——钢筋混凝土核心筒结构体系的平面布置一般为电梯或卫生间做成四周封闭的钢筋混凝土简体，形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机的结合起来，主要用于高层钢结构住宅中。
1.2、钢框架—支撑结构体系
当钢框架体系层数较多时，由于侧向作用力的增大，使得梁柱等构件尺寸也相对较大，失去其经济合理性。这时宜增设支撑，形成钢框架—支撑结构体系。支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑。1.3、钢框架结构体系
纯钢框架结构体系是钢结构住宅的基本体系，受力明确，使用灵活，制作安装简单，施工速度较快，但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大，一般可用于6层以下的多层建筑，且一般情况下，梁柱节点应采用刚接。
1.4、钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系
在钢框架结构中设置部分现浇钢筋混凝土剪力墙，即为钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构体系。钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构中，由于钢筋混凝土剪力墙刚度大，剪力墙是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高，钢框架则承担竖向荷载，同时也承担少部分水平力。这种结构形式都可用来建造较高的高层住宅，在我国已有很多工程采用。
1.5、钢框架—预制钢筋混凝土墙结构体系
该结构体系，一般预制钢筋混凝土墙体中均埋有钢板支撑，它只有在支撑点处与钢框架相连，而且钢筋混凝土墙板与框架梁留有空隙，从受力上来说，它仍是一种支撑。这种体系受力性能良好，支撑构件相对较经济，且能与隔墙布置相结合。但现场安装比较困难，制作比较复杂。
2、小高层钢结构的住宅抗震性能设计存在的问题
我国是一个有许多地震带的国家，因此在我国地震相当频繁，所以我国是一个地震多发的国家，在我国各个省市的抗震设防5度以上的地区几乎布满了全国各省、市和自治区。在2008年5月12日，我国的四川省汶川县境内发生了7.2级的特大地震，因此近些年来建筑灾害逐渐成为地震灾害中最具破坏力和杀伤力的自然灾害，这一严重的问题更加强了全国从事结构设计和研究的工作人员对于普通住宅抗震的研究和思考，因此怎样在建筑物的设计环节切实的保证出现了大地震也会“大震不倒”就成为了一个严重的任务，因为每一次合理的建筑物结构体系的设计，还有每一个优秀的承购的建筑结构体系的使用都有可能在下一次的大地震中挽救我国成千上万无辜群众宝贵的生命。所以研究住宅抗震，并且提出合理的抗震模型和有效的抗震措施是减小地震灾害的必要而且有效手段。
在现在的小高层钢结构建筑物的设计中，设计人员和业主为了让小高层建筑物满足有关的防地震的规范的要求，经常会在小高层建筑物的内部结构、外部美观性、建筑结构技术创新等方面作出不该有的让步，甚至有的情况下已经严重影响了小高层建筑物的许多使用功能由于我国幅员辽阔，因此各个地区之间的社会风俗文化、经济发展水平有着非常大的差异，所以仅仅依靠旧的方式防地震的规范就很难成功的解决各种实际问题。小高层建筑物防地震的设计方案不但要针对具体问题进行具体分析，还要符合基本的小高层钢结构住宅抗震性能的各种建筑规范。
3、钢结构抗震性能设计方法
3.1、能力谱方法
能力谱方法(Capacity Spectrum Method)是一种以 Push －over 分析方法和反应谱相结合的简化分析方法。这种方法首先通过对结构进行 Push － over 分析得到结构基底剪力 －顶点位移关系曲线，将该曲线转换得到等价单自由度体系的谱加速度 － 谱位移关系曲线(能力谱)，再结合地震需求谱来求结构在设计地震作用下结构反应的目标性能点，然后再对结构进行第二次 Push － over 分析，使结构达到目标性能点，由此来估计结构在设计地震作用下的弹塑性反应，这里的地震需求谱是根据单自由度体系在有效阻尼下拟加速度反应谱转换得来的，能力谱方法的原理和具体做法在ATC －40 里有比较详细的介绍。能力谱方法的实质是目前采用的基于力的设计方法加位移、变形的校核，它也被认为是 Push － over 分析方法的重要发展。
3.2、Push － over 分析方法
Push － over: 分析方法(又叫推覆分析方法)是进行结构在侧向单调加载下的静力弹塑性分析，即在结构分析模型上施加按某种方法模拟地震水平惯性力作用的侧向力并逐渐单调加大，使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至倒塌破坏。这样可以分析结构的内力、承载力、变形特性和能量耗散及相互关系，了解塑性铰出现的顺序和位置以及可能出现的薄弱环节等。Push － over 分析方法不是新方法，但是它在基于性能的抗震设计理论和方法中受到很大的关注，它是实现基于性能的抗震设计的关键之一。Push － over 分析方法可以对结构的整体抗震性能进行评估，然而，单纯的 Push － over 方法不能确定结构在某一特定地震作用下的响应，它必须首先与其它方法结合求得结构在设计地震作用下的结构目标位移，才能对设计地震作用下结构的抗震能力进行具体评估。
3.3、位移影響系数法
位移影响系数法是 FEMA －273 推荐采用的用来确定结构静力弹塑性分析的最大期望位移的方法，最大期望位移定义为目标位移(Target Displacement，δ1):δ1= C0C1C2C3SaT2e4π2G式中，C0为等效单自由度((SDOF) 体系与建筑物顶点位移的比例因子;C1为最大非线性位移期望与线性位移的比例因子;C2为滞回环状态对最大位移反应的影响系数;C3为P － △ 效应对位移反应的影响系数;Sa为在实际自振周期和阻尼内的谱反应加速度;Te为实际自振周期。位移影响系数法的关键是如何将多高层建筑结构的多自由体系(MDOF)转化为等效的单自由度体系(SDOF)，我国工程界对此还不熟悉，同时公式中的参数过多地依赖由实验得到的经验取法，其计算精度如何也有待商榷。位移影响系数法的另一个问题是: 它只是一种衡量结构总体抗震水准的评估方法，无法提供具体楼层和主要构件的损坏情况。
4、隔震和消能减震设计的推广和应用
传统的建筑结构抗震立足于“抗”，即依靠结构构件本身的强度、刚度、延性抵御地震作用、储存和消耗地震能量。由于地震的复杂性和不确定性，大震来临时往往难以做到“裂而不倒”，因而造成大量人员伤亡和重大经济损失。消能减震设计作为设计理念,建筑结构采用隔震与消能减震设计是一种有效减轻地震灾害的技术。这种技术在提高结构抗震性能上具有优势，可广泛用于适当增加投资来提高抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑。把隔震、消能减震设计进行推广，并应用起来，对于建筑的稳定性有着非常重要的作用。
5、结束语
在小高层住宅建筑的安全因素中，地震作为一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用必须给予充分的考虑。通过抗震抗震性能分析，经济与安全的关系,是钢结构抗震设计的重要技术政策。
参考文献
[1]梁兴文.结构抗震性能设计理论与方法.科学出版社，2011，3.
[2]吕西林．蘸屡建筑结梅嗍，武汉：武汉理工大学出版社，2003．
【关键词】：小高层住宅；钢结构；抗震性能能分析；抗震设计
中图分类号： TU241.8文献标识码：A 文章编号：
0、前言
近几年,我国的住宅建筑产业化发展速度十分迅猛,发展方向突破传统的户型、材料和结构体系呈多元化趋势,关于住宅建筑行业发展的讨论也是百家争鸣、各具特色。作为住宅建筑领域的新兴力量,钢结构住宅的发展和讨论也越来越被业界和学界所重视。而我国属于一个地震多发的国家,建筑灾害成为地震灾害中最具破坏和杀伤力的灾害,这更加强了全国从事钢结构设计和研究的同仁们对于普通住宅建筑抗震的思考。
1、钢结构住宅建筑的结构体系及性能特点
1.1、钢框架—钢筋混凝土核心筒结构体系
钢框架——钢筋混凝土核心筒结构体系的平面布置一般为电梯或卫生间做成四周封闭的钢筋混凝土简体，形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架。这种结构体系将钢材的强度高、重量轻、施工速度快和混凝土的抗压强度高、防火性能好、抗侧刚度大的特点有机的结合起来，主要用于高层钢结构住宅中。
1.2、钢框架—支撑结构体系
当钢框架体系层数较多时，由于侧向作用力的增大，使得梁柱等构件尺寸也相对较大，失去其经济合理性。这时宜增设支撑，形成钢框架—支撑结构体系。支撑体系包括十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形或V形支撑。1.3、钢框架结构体系
纯钢框架结构体系是钢结构住宅的基本体系，受力明确，使用灵活，制作安装简单，施工速度较快，但为抵抗侧向力所需梁柱截面较大，一般可用于6层以下的多层建筑，且一般情况下，梁柱节点应采用刚接。
1.4、钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系
在钢框架结构中设置部分现浇钢筋混凝土剪力墙，即为钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构体系。钢框架——钢筋混凝土剪力墙结构中，由于钢筋混凝土剪力墙刚度大，剪力墙是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高，钢框架则承担竖向荷载，同时也承担少部分水平力。这种结构形式都可用来建造较高的高层住宅，在我国已有很多工程采用。
1.5、钢框架—预制钢筋混凝土墙结构体系
该结构体系，一般预制钢筋混凝土墙体中均埋有钢板支撑，它只有在支撑点处与钢框架相连，而且钢筋混凝土墙板与框架梁留有空隙，从受力上来说，它仍是一种支撑。这种体系受力性能良好，支撑构件相对较经济，且能与隔墙布置相结合。但现场安装比较困难，制作比较复杂。
2、小高层钢结构的住宅抗震性能设计存在的问题
我国是一个有许多地震带的国家，因此在我国地震相当频繁，所以我国是一个地震多发的国家，在我国各个省市的抗震设防5度以上的地区几乎布满了全国各省、市和自治区。在2008年5月12日，我国的四川省汶川县境内发生了7.2级的特大地震，因此近些年来建筑灾害逐渐成为地震灾害中最具破坏力和杀伤力的自然灾害，这一严重的问题更加强了全国从事结构设计和研究的工作人员对于普通住宅抗震的研究和思考，因此怎样在建筑物的设计环节切实的保证出现了大地震也会“大震不倒”就成为了一个严重的任务，因为每一次合理的建筑物结构体系的设计，还有每一个优秀的承购的建筑结构体系的使用都有可能在下一次的大地震中挽救我国成千上万无辜群众宝贵的生命。所以研究住宅抗震，并且提出合理的抗震模型和有效的抗震措施是减小地震灾害的必要而且有效手段。
在现在的小高层钢结构建筑物的设计中，设计人员和业主为了让小高层建筑物满足有关的防地震的规范的要求，经常会在小高层建筑物的内部结构、外部美观性、建筑结构技术创新等方面作出不该有的让步，甚至有的情况下已经严重影响了小高层建筑物的许多使用功能由于我国幅员辽阔，因此各个地区之间的社会风俗文化、经济发展水平有着非常大的差异，所以仅仅依靠旧的方式防地震的规范就很难成功的解决各种实际问题。小高层建筑物防地震的设计方案不但要针对具体问题进行具体分析，还要符合基本的小高层钢结构住宅抗震性能的各种建筑规范。
3、钢结构抗震性能设计方法
3.1、能力谱方法
能力谱方法(Capacity Spectrum Method)是一种以 Push －over 分析方法和反应谱相结合的简化分析方法。这种方法首先通过对结构进行 Push － over 分析得到结构基底剪力 －顶点位移关系曲线，将该曲线转换得到等价单自由度体系的谱加速度 － 谱位移关系曲线(能力谱)，再结合地震需求谱来求结构在设计地震作用下结构反应的目标性能点，然后再对结构进行第二次 Push － over 分析，使结构达到目标性能点，由此来估计结构在设计地震作用下的弹塑性反应，这里的地震需求谱是根据单自由度体系在有效阻尼下拟加速度反应谱转换得来的，能力谱方法的原理和具体做法在ATC －40 里有比较详细的介绍。能力谱方法的实质是目前采用的基于力的设计方法加位移、变形的校核，它也被认为是 Push － over 分析方法的重要发展。
3.2、Push － over 分析方法
Push － over: 分析方法(又叫推覆分析方法)是进行结构在侧向单调加载下的静力弹塑性分析，即在结构分析模型上施加按某种方法模拟地震水平惯性力作用的侧向力并逐渐单调加大，使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至倒塌破坏。这样可以分析结构的内力、承载力、变形特性和能量耗散及相互关系，了解塑性铰出现的顺序和位置以及可能出现的薄弱环节等。Push － over 分析方法不是新方法，但是它在基于性能的抗震设计理论和方法中受到很大的关注，它是实现基于性能的抗震设计的关键之一。Push － over 分析方法可以对结构的整体抗震性能进行评估，然而，单纯的 Push － over 方法不能确定结构在某一特定地震作用下的响应，它必须首先与其它方法结合求得结构在设计地震作用下的结构目标位移，才能对设计地震作用下结构的抗震能力进行具体评估。
3.3、位移影響系数法
位移影响系数法是 FEMA －273 推荐采用的用来确定结构静力弹塑性分析的最大期望位移的方法，最大期望位移定义为目标位移(Target Displacement，δ1):δ1= C0C1C2C3SaT2e4π2G式中，C0为等效单自由度((SDOF) 体系与建筑物顶点位移的比例因子;C1为最大非线性位移期望与线性位移的比例因子;C2为滞回环状态对最大位移反应的影响系数;C3为P － △ 效应对位移反应的影响系数;Sa为在实际自振周期和阻尼内的谱反应加速度;Te为实际自振周期。位移影响系数法的关键是如何将多高层建筑结构的多自由体系(MDOF)转化为等效的单自由度体系(SDOF)，我国工程界对此还不熟悉，同时公式中的参数过多地依赖由实验得到的经验取法，其计算精度如何也有待商榷。位移影响系数法的另一个问题是: 它只是一种衡量结构总体抗震水准的评估方法，无法提供具体楼层和主要构件的损坏情况。
4、隔震和消能减震设计的推广和应用
传统的建筑结构抗震立足于“抗”，即依靠结构构件本身的强度、刚度、延性抵御地震作用、储存和消耗地震能量。由于地震的复杂性和不确定性，大震来临时往往难以做到“裂而不倒”，因而造成大量人员伤亡和重大经济损失。消能减震设计作为设计理念,建筑结构采用隔震与消能减震设计是一种有效减轻地震灾害的技术。这种技术在提高结构抗震性能上具有优势，可广泛用于适当增加投资来提高抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的建筑。把隔震、消能减震设计进行推广，并应用起来，对于建筑的稳定性有着非常重要的作用。
5、结束语
在小高层住宅建筑的安全因素中，地震作为一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用必须给予充分的考虑。通过抗震抗震性能分析，经济与安全的关系,是钢结构抗震设计的重要技术政策。
参考文献
[1]梁兴文.结构抗震性能设计理论与方法.科学出版社，2011，3.
[2]吕西林．蘸屡建筑结梅嗍，武汉：武汉理工大学出版社，2003．