工业钢结构建筑抗震构造措施的关键技术与工程应用研究

1. 引言

钢结构是以钢材作为构件主要材料的建筑结构形式。其具有强度高、塑形韧性好、自重轻、施工工期短等特点，在工业建筑领域的应用非常广泛。同钢筋混凝土结构相比，钢结构建筑具有良好的抗震性等优点，钢结构抗震设计在我国建筑行业中的重要性不容忽视。随着钢结构抗震的基础研究工作不断深入、新技术的应用和国际化进程的推进，钢结构抗震设计将迎来更加广阔的发展空间。

2. 工业钢结构建筑抗震相关理论基础

2.1 地震作用原理及影响机制

在建筑结构设计中，结构抗震设计的本质是控制地震施加给建筑物的能量[1]。结构体受到外部施加的能量风荷载、地震作用或某种外力作用等，无非两种方式应对消耗或硬抗。钢结构的核心优势在于其高延性。钢材在屈服后能经历显著的塑性变形而不突然断裂，这种特性使其能通过“塑性铰”的形成耗散地震能量，从而降低对弹性承载力的需求。

2.2 工业钢结构建筑抗震设计基本准则

考虑到工程钢结构的特殊受力和复杂的功能特性，本项目将以性能化为指导，确定小震正常、中震可修、大震不倒的分级目标，并对重点工程进行提升[2]。建立由抗侧力构件、主体框架和消能减震单元共同工作的多层抗震防御体系，确保结构刚度和强度的一致性，避免出现“鞭梢效应”和局部薄弱现象。采用“强节点、弱构件”、“强柱弱梁”的原则和延性控制方法，使结构的延性优先于整体结构。综合地震和各种荷载，重视起重机的动力影响，选择合适的材料，确保接头的可靠性，在高温条件下需要进行特别的处理。在此基础上，实现设备和结构的协调抗震、刚度匹配、锚固安全，实现“抗”、“耗”、安全性和功能性的统一。

3. 工业钢结构建筑抗震构造关键技术分析

3.1 节点抗震构造技术

刚性连接采用全熔透焊缝连接翼缘、高强螺栓（ ⩾8.8 级， M20⁺. ）连接腹板，设横向加劲肋防剪切屈服，需耗能时在梁端 1.5 倍梁高内削弱翼缘，引导塑性铰外移。半刚性连接用 gtrsim20mm 端板螺栓连接，靠摩擦传力。刚接锚栓⩾ Q345，锚固深度≥ 30d，配螺旋筋，设抗剪键的承载力 ⩾1.2 倍柱底剪力。铰接用螺栓固定底板，靠摩擦力传剪，底板边缘圆弧过渡减应力。摩擦型高强螺栓（10.9 级）连接，设≥16mm 厚限位挡板，制动桁架与梁翼缘满焊。节点板 ⩾12mm 厚，焊缝绕角施焊，螺栓孔钻孔成型，节点域剪切不足时贴焊补强板。

3.2 构件抗震构造技术

在工程结构中，梁、柱和支撑等是结构的“骨架”，其结构设计要兼顾强度、刚度和延性，以防止结构在地震作用下发生局部失稳、失稳或疲劳损伤而造成结构的破坏 [3]。

3.2.1 梁构件

采用 H 型钢，翼缘宽厚比 ⩽10 ；无塑性铰区，翼缘 ⩽15 ，腹板 ⩽80 ，不能发生局部失稳。对于跨径大于 20m 的结构，在其 1/4 跨中设置加强筋，间距 ⩽1.5 倍，并与翼缘焊接，以提高其剪切稳定性能。对于重复荷载作用下的起重机梁，其腹板和翼缘之间的焊接接头必须采用双面角焊缝，并且在其跨中设置横向加强筋厚度≥ 10mm ，以防止其在起重机水平荷载下产生波浪型屈曲。

3.2.2 柱构件

轴心受压柱长细比 ⩽120 ，8 度及以上设防，偏心受压柱 ⩽100 ，采用箱形截面时腹板高厚比 ⩽30 ，工字形Q355 钢截面翼缘宽厚比 ⩽13. 。柱顶与屋架连接节点处设置厚度≥16mm 的盖板，与柱全焊透，增强竖向承载力；对多高层框架柱，在梁柱节点上下各 1.5 倍柱截面高度范围内加密箍筋。采用 Φ 12@100，肢距 ⩽200mm 形成“强约束区”，提高塑性变形能力。露天或潮湿环境下的柱，底部 300mm 范围内采用 ⩾200μm 的防腐涂层，并设置混凝土包裹层防止锈蚀削弱承载力。

3.2.3 支撑构件

支撑构件中心支撑采用角钢或 H 型钢，长细比 ⩽100( （受压）、 ⩽200( （受拉），与节点板连接的焊缝长度≥支撑截面高度的 1.5 倍，节点板厚度 ⩾12mm ，且支撑端部距节点板边缘 ⩾100mm ，避免应力集中。支撑与梁的连接段需严格控制：长度 ⩽1.6 倍梁高，翼缘宽厚比 ⩽10 ，腹板高厚比 ⩽33 ，腹板设双排螺栓与支撑连接，确保梁段先于支撑屈服耗能。屈曲约束支撑（BRB）的芯材需与外套筒保持无粘结，芯材两端与节点板采用全熔透焊接，外套筒不参与受力，仅约束芯材屈曲。

3.2.4 构件连接过渡构造

不同截面构件拼接时如梁变截面处，采用渐变过渡，避免刚度突变；高强度钢材构件的端部连接区域需进行局部调质处理，降低焊接脆化风险；所有构件的自由边需倒圆（半径 ⩾5mm. ），减少应力集中点。构件抗震构造关键参数见表 ¹ 所示。

3.3 基础抗震构造技术

为了防止建筑物发生沉降和倾覆，地基需要将上部结构的地震力转移到地基上。根据工业建筑荷载大、地基复杂等特性，选择地基型式时应区别不同情况：低烈度区为 7 度及以下、地基均布、阶梯宽度比满足规范要求、底层配筋⩾0.15% 的独立基础；高烈度区 8 度及以上或不均匀地基采用桩承台，其桩端可达到稳定土层深度，桩帽厚度满足要求，桩群对称；大型设备厂房采用筏板基础，其厚度在规定的允许范围内，采用双向布筋网格，并设置减震接头，以减小振动的耦合性。

4. 工程应用案例分析

4.1 应用实例

化隆县扎巴镇阿岱等 15 个村的固体废物高温裂解处置工程，总投资 975万元，建设期共10 个月。该工程占地3048.97 平方米，建筑面积1025.7 平方米，主要建设内容包括生活垃圾无害化焚烧站 582m² ，以及管理用房、循环水池等，施工单位众多，质量要求达业主要求的合格等级。采用门式钢结构，立柱下独立桩和条形基础，设计服务年限50 年，抗震设防烈度7 度。

4.2 技术难点

该工程为门式钢结构，其基础受场地土体性质的影响，容易引起地基的不均匀沉降，从而影响到结构的稳定。7 度抗震设防，地基应能可靠地传递地震作用；工程建设涉及种类繁多、地基形式多样、施工需求各异的建筑结构，如何协同施工以保证其整体稳定是一个难题。参与主体众多，各个部门之间的工作衔接需要有效的协调。在设计阶段，要考虑到技术和各种规格的要求，在施工过程中，多道工序相互交错，需要进行合理的排序，协调管理的难度很大。

4.3 改善措施

施工前按勘察报告处理地基，承载力不足时采用换填法或灰土挤密桩增强地基刚度。严控门式钢结构基础施工质量，保证基础符合设计，锚栓预埋精准并采用双螺母固定。加强多类型建筑物基础施工监测，保障整体稳定性。建立协同管理机制，设计阶段组织多专业交底和会审，施工阶段统筹制定计划，明确工序衔接节点，利用信息化手段共享信息，提高协同效率。优化建筑构造，对相关设施采用防水混凝土并做防腐涂层，严控施工质量。

结束语

总体上，我国的工业建筑钢结构许多技术都比较成熟，经过科技的引导和科技的创新，使其在工业建筑产业链中所占的比例持续提高。工业建筑钢结构因其抗震性能好、材料可循环利用、装配化程度高等优点，在当前我国建筑节能减排的大背景下，开展其在工业建筑领域的应用与技术研究，具有重大的生态、经济和社会效益。

参考文献：

[1] 骆金海 . 钢结构建筑技术研究 [J]. 建筑工人 ,2025,46(07):43-45.

[2] 刘子豪 . 建筑钢结构抗震稳定性检测技术研究 [J]. 中国建筑金属结构 ,2025,24(11):22-24.DOI:10.20080/j.cnki.ISSN1671-3362.2025.11.008.

[3] 周小平 . 钢结构在建筑工程施工技术中的应用 [J]. 中国建筑装饰装修 ,2025,(11):175-177.

作者简介：曹生发，1987.10，男，汉，青海省海东市化隆县人，专科，助理工程师，目前从事建设工程监理工作。