张立强 贾日晨

(信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，天津 300201)

关于钢结构抗震设计中结构影响系数的讨论

张立强 贾日晨

(信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，天津 300201)

近年来，对于建筑物的安全问题的考量不断增多，在一些地震带的建筑物的抗震性能也不断被提出，本文就钢结构抗震设计中结构影响系数的影响因素，我国的相关规定及改进的建议进行讨论，为结构影响系数的科学制定提供意见。

钢结构；抗震；结构影响系数

一、结构影响系数

结构影响系数是在地震反应的计算过程中，考虑到不同的结构有不同的特性，因此使用简易的弹性地震反应计算的方式来得出现实的结构和某个质点弹性体系之间的区别所采用的修正系数。影响这种系数的因素包括结构的形式，整体结构的变形程度、结构的阻尼、非结构构件的抗震效果、地基扭曲程度等等。

1、结构的形式

结构形式的分类。按材料可分为木制、钢材、钢筋混凝土等；按受力形式可分为框架结构、剪力墙结构、膜结构。不同的形式在地震之后的结构影响系数都是不同的。而其影响结构影响系数是由于不同的结构其延性不同超强性能也不同，一般来讲一个结构的延性与其结构影响系数成反比，而如果结构的耗能能力越强，则结构的延性越好，结构影响系数也会更大。如钢结构的延性就比钢筋混凝土结构的延性更好，而多重结构的延性比单一结构的延性更好，如果是短周期结构，则是由结构的超强性能发挥主要作用。

2、结构的变形程度

结构在地震之后可能会发生塑形变形，结构的塑形变形是指在一定的条件下，相应的结构在外力的作用发生形变，一旦加诸其上的外力去除之后结构不能恢复到原来的状态。结构的塑形变形也会直接影响结构影响系数。

3、结构的阻尼

结构阻尼是在形容结构在振动的时候能量的损耗。理论上的结构阻尼比是0．05。这个数值和我国大部分建筑的结构阻尼比较接近，然而如果是钢结构其结构阻尼比通常为 0.02。另外像是烟囱、水塔等比较高而强度不大的结构阻尼都比较小。一般而言阻尼越小在地震中的反应越大，因此结构的阻尼也是影响结构影响系数的重要因素。

4、非结构构件的抗震效果

非结构构件是指不属于结构本身的构成要件，包括附属结构构件像是雨棚、矮墙等等；装饰物像是屋顶的棚架等；非结构墙体是内部的隔墙以及建筑附属的机电设备等。在进行地震反应的计算过程中，许多的非结构构件自身的抵抗地震的能力往往会被忽略，实事上这些非结构构件的存在大大地加重了进行计算的结构，实际上得出的地震作用数据更大，同时，他们可能在一定程度上增加了结构的阻尼，尤其是它们造成的类似于给予结构一个薄膜保护的薄膜效应实际上能够加强结构的抗震性，在实践中有很大的进行抗震的潜力。

5、地基扭曲程度

地基的扭曲程度是指地基在地震之后变形的程度，其大小也是直接的影响了构影响系数的大小。

6、结构体系

为了防御地震，很多结构采取了相应的防御体系，如起支撑作用的结构体系，即使这一支撑被破坏了，其支撑的框架本身也有一定的抗震能力，从而形成了两道防护。如果结构体系比较大的话，其抗震的能力也比较好，另外像烟囱、水塔等，其设计都是仅仅一道防御体系，当部分受到地震的损毁时，整个结构都将会倒塌，因此，单层防护的结构和多层防护的结构，其结构影响因素也是不同的。

7、多振型因素

不同的结构形成的不同的个振型组合其自振的周期、重量的单质点弹性体系的底部剪力都是不同的，对整个结构的振动造成了影响，从而影响结构的结构影响系数。

二、我国结构影响系数的数值的相关规定

我国的抗震设计经历了三个阶段，第一阶段是78规范，即《工业与民用建筑抗震设计规范》，这一规范利用结构影响系数对不同设计下的结构的抗震能力进行强化，从而对地震的影响力造成减损；第二阶段是89规范和现行规范，即《建筑抗震设计规范》和《建筑抗震设计规范》，这两部规范性文件采纳的是两个阶段、三种水准的标准以及应对强度较小的地震的设计方式；第三阶段就是现行的通则规定，即《建筑工程抗震性态设计通则(试用)》，在规定中强化了结构影响系数，纳入了采用基于性态的抗震设计方法。

各方面的数据显示，塑性变形的程度达到了弹性变形的1-4倍，那么地震的效果将有无塑性变形的1/2-1/4。因此我国的相关规定曾经提议把常用的工业和民用建筑的结构影响系数定为 1／3，对于像高烟囱、灯塔等建筑的结构影响因素能够定在 1／2左右。

因此我国的74抗震规范在起草的过程中，将以下几个因素纳入考虑范围。按照不同的结构形式进行分类，选取合适的容许延伸系数，做出相应的折线图，得到合适的结构影响系数值约为0．35～0．40。

78规范在起草后，我国出现了唐山大地震，对于地震带来的影响举国震惊，同时继续参考国外的相关标准我国对结构影响系数值做出了一定的调整，主要表现为开始区分一些高柔结构的结构影响系数，像是烟囱、水塔；开始区分不同材料的结构影响系数，尤其是钢、钢筋混凝土和砖等材料；开始区分单层结构和多层结构，同时将地基条件等因素也纳入考虑的范围。直观上，砖结构房屋及房屋内的整体架构，实际上这类房屋的结构影响系数并没有增加。

三、讨论

当前，一些国家对不同结构体系的结构影响系数提出了一些意见，而他们研究的方式大部分是弹塑性动力分析方法，结合这几年我国进行的弹塑性分析，可以发现：

1、钢结构中的结构影响系数和位移放大系数的关系。实际上在全部的钢结构中，结构影响系数值比其它结构则明显偏小。根据美国钢结构规范、一些实验中的数据可以得出，以及国内外许多实验的结果都表明，偏离中心点的支撑框架结构与框架偏心支撑结构比较而言，其延展性和耗能都更好。而由于真正耗能的部分比较早的进入了塑性的状态，它们的位移放大系数应该有所提高。

2、钢结构和钢筋混凝土结构的延性以及它们的阻尼比的差值比其他材料更大一些，应当另作分析。

四、结论

1、严格按照通则的规范进行操作，能够防御常见的地震。

2、对于高层的钢建筑或是使用钢材料的位置比较高的建筑的结构影响系数应当进行相应的调整。

3、高层的钢结构建筑的钢材弯曲之后有很大的利用价值。

4、不同层级的结构对于结构影响系数也有很大影响。

五、结语

总而言之，目前我国的结构影响系数的相关标准较之以前有很大的进步，将结构影响系数的影响因素基本上都考虑到了。然而仍然存在一些不足之处，像是对于钢结构和钢筋混凝土结构的特殊性考虑的不够，对于其位移放大系数的规定也存在一定的不合理之处，因此国家的相关规范仍需不断的完善，而设计者则因高于国家标准，确定一个新的建筑合理的结构影响系数。

[1]何若全，顾 强，孙国华 关于钢结构抗震设计中结构影响系数的讨论 苏州科技学院学报(工程技术版)-2004年04期

[2]杨俊芬，顾 强 抗震设计中的结构影响系数及其研究进展 地震工程与工程振动-2008年8月

[3]孙利辉，宋承伟，宋丽颖 非结构构件在抗震设计中的几点注意事项 value engineering-2011年03期

[4]沈祖炎 关于钢结构抗震设计方法的讨论与建议 建筑结构-2009年11期

[5]沙广瑾 何若全 K形中心支撑钢框架的结构影响系数 苏州科技学院院报-2007年04期

[6]陈晓光 钢结构抗震设计浅谈 建筑与结构设计-2008年11期

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1007-6344（2015）09-0159-01