達(dá)欣子

摘? 要：針對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，圍繞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定這一實(shí)際問(wèn)題，在提出混凝土結(jié)構(gòu)失穩(wěn)上限，即臨界荷重的基礎(chǔ)上，分析確定P-△效應(yīng)（重力二階效應(yīng)）與結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的重要影響參數(shù)，最后提出穩(wěn)定設(shè)計(jì)建議，包括剛重比控制、明確剛重比和位移限值之間的關(guān)系及重視罕遇地震條件下的穩(wěn)定設(shè)計(jì)，以此為實(shí)際的設(shè)計(jì)工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土結(jié)構(gòu);穩(wěn)定設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU973? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0085-03

Abstract： In view of the concrete structure of high-rise building， focusing on the practical problem of structural stability， on the basis of putting forward the upper limit of instability of concrete structure， that is， the critical load， the important influence parameters of P-△effect （gravity second-order effect） and structural instability are analyzed and determined.Finally， some suggestions for stability design are put forward， including the control of the weight-to-weight ratio， the definition of the relationship between the weight-to-weight ratio and the displacement limit， and the focus on the stable design under the condition of rare earthquakes， so as to provide reference for the practical design work.

Keywords： high-rise building; concrete structure; stability design

如今，建筑高度越來(lái)越高，且為了滿足功能要求，設(shè)計(jì)中采用更大高寬比，使結(jié)構(gòu)重量增加，但結(jié)構(gòu)的剛度卻減小，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可能處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，受風(fēng)荷載或其它荷載作用后可能發(fā)生失穩(wěn)倒塌。因此，必須高度重視并做好結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。

1 臨界荷重

對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，能將其看作懸臂桿，它的高、寬之比在3-9之內(nèi)。如果這一懸臂桿發(fā)生整體失穩(wěn)，將有以下三種形態(tài)：其一，剪切型;其二，彎曲型;其三，彎剪型。對(duì)于純框架結(jié)構(gòu)，其失穩(wěn)形態(tài)以剪切型為主;對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，其失穩(wěn)形態(tài)以彎曲及彎剪型為主;對(duì)于框剪及框筒結(jié)構(gòu)，失穩(wěn)形態(tài)以彎剪型為主[1]。

1.1 剪切型

剪切型失穩(wěn)主要是指整個(gè)樓層發(fā)生失穩(wěn)，梁柱結(jié)構(gòu)由于雙曲率彎曲而出現(xiàn)側(cè)向位移，使整個(gè)樓層產(chǎn)生屈曲。在近似計(jì)算過(guò)程中，若不考慮柱的軸向變形，則臨界荷載可表示為：

式（13）中，Qi表示受水平力作用后在第i層產(chǎn)生的剪力;？啄i表示層間位移;Qihi表示受水平力作用后在第i層產(chǎn)生的彎矩;■Gj·？啄i表示第i層與其上部所有樓層總的重力荷載由于受側(cè)移作用而在第i層產(chǎn)生的一定附加彎矩[4]。

根據(jù)式（12）、（13），剛重比近似等于受水平力作用后產(chǎn)生的彎矩和重力荷載受P-△作用后的附加彎矩之比。如果剛重比較大，則受P-△作用后彎矩和受水平力作用后彎矩相比，占據(jù)的比例相對(duì)較小;如果剛重比較小，則受P-△作用后彎矩和受水平力作用后彎矩相近，使結(jié)構(gòu)位移與內(nèi)力均增加，最終使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失穩(wěn)。

3 穩(wěn)定設(shè)計(jì)

3.1 風(fēng)荷載與多遇地震條件下的穩(wěn)定設(shè)計(jì)

在這兩種條件下進(jìn)行穩(wěn)定設(shè)計(jì)需要對(duì)剛重比進(jìn)行嚴(yán)格控制，并在對(duì)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行計(jì)算和對(duì)構(gòu)件的承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，都要充分考慮由P-△帶來(lái)的不利影響。

3.1.1 剛重比控制

現(xiàn)行規(guī)程指出，無(wú)論是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算，還是對(duì)內(nèi)力與位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)，均采用彈性剛度?；诖?，剛重比同樣考慮的是彈性剛度，以便使計(jì)算達(dá)到統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)剛度和它所處狀態(tài)有關(guān)，在確定控制條件的過(guò)程中，需考慮適當(dāng)?shù)膭偠日蹨p[5]。

（1）情況一

彎剪型控制條件為：

剪切型控制條件為：

若能滿足以上條件，則結(jié)構(gòu)受P-△作用后內(nèi)力增量在5%左右;若考慮折減，則內(nèi)力增量在7%-10%左右。由于P-△對(duì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大影響，所以可不予考慮。

（2）情況二

彎剪型控制條件為：

剪切型控制條件為：

若能滿足以上條件，則結(jié)構(gòu)受P-△作用后內(nèi)力增量在5%-10%左右;若考慮折減，則內(nèi)力增量在10%-20%左右。由于P-△對(duì)結(jié)構(gòu)有一定影響，所以需要考慮P-△，即對(duì)由此產(chǎn)生的位移與內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算;經(jīng)計(jì)算確定的位移應(yīng)符合其限值，且對(duì)構(gòu)件進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)計(jì)算確定后的內(nèi)力。在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)需采用彈性剛度，而對(duì)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需采用結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的剛度，另外對(duì)于彈性剛度，還應(yīng)考慮一定折減系數(shù)，一般為0.5。

（3）情況三

對(duì)于彎剪型，其剛重比不能小于1.4;對(duì)于剪切型，其剛重比不能小于10。若剛重比小于以上數(shù)值，則會(huì)增加P-△效應(yīng)，導(dǎo)致剛度柔弱，必須立即調(diào)整和加強(qiáng)。