质量分布不均匀的高层建筑整体稳定性分析

刚重比是高层建筑结构设计中的重要指标之一,规范给出的刚重比计算公式适用于质量分布沿高度相对均匀的结构。探讨了刚重比与重力二阶效应增幅和临界屈曲荷载因子的关系,并结合实际工程,对超高层建筑竖向荷载从下到上显著变化时,根据建筑体型和荷载分布情况,对刚重比进行修正;同时对结构进行重力P-Δ效应增幅和整体屈曲分析。分析结果表明,修正后的结构刚重比可满足规范要求,重力P-Δ效应增幅也能控制在合理范围之内,结构整体稳定满足要求。     

复杂体型高层建筑结构稳定性验算

高烈度区结构刚度一般由水平荷载控制,而在低烈度区则往往由整体稳定决定。结构侧向刚度和重力荷载是影响结构整体稳定和P-Δ效应的主要因素,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)采用刚重比作为控制指标。基于结构楼层荷载沿竖向均匀分布,规范给出了刚重比的限值指标。对于体型复杂的高层建筑,不同建筑之间质量沿高度分布差异很大,采用同样的控制参数,结构实际稳定性无法保证。根据实际体型和水平荷载分布情况,引入楼层竖向荷载分布系数β,通过控制结构在风荷载和地震作用下的P-Δ效应,计算了结构合理刚重比,对规范指标进行了修正;同时根据实际荷载分布提出了任意水平荷载分布下的等效侧向刚度的计算公式。     

弯剪型高层建筑结构刚重比修正方法

为了考虑弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布的影响，基于欧拉公式、临界重力荷载参数及其特征方程等进行推导，提出了针对JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中结构整体稳定性指标刚重比的修正系数，并给出了考虑刚度不均匀修正系数的刚重比计算公式。通过10个工程实例分析发现：根据现行设计标准规范计算得到的刚重比并不一定偏于安全；通过刚重比判断高层建筑结构整体稳定性时，应首先考虑结构刚度沿高度不均匀分布对刚重比的影响；对于刚度沿高度逐渐变小或体型呈阶梯形的结构，在中上部变化幅度较大时，刚度不均匀的不利影响不可忽略。将该修正系数和有限元特征值法得到的修正系数进行对比，得到的修正系数可以用于判断刚度不均匀对结构整体稳定性的影响。     

超高层建筑结构整体稳定性分析方法研究

由于超高层建筑具备沿竖向刚度、质量分布不均匀和高宽比较大等特点,不满足《高层建筑混凝土结构设计规程》中的刚重比验算公式的前提条件,故超高层建筑的稳定性备受关注。本文从刚重比控制稳定性的原理出发,介绍了超高层建筑刚重比计算的修正方法,结合一带加强层的超高层建筑工程实例,对结构的刚重比计算进行了修正,并与结构水平荷载下的P-Δ效应计算、整体屈曲分析结果进行对比,得到了一致的结论。相关方法可为超高层建筑稳定性分析提供参考。     

中国国际丝路中心大厦超高层结构整体稳定性分析

中国国际丝路中心大厦建筑高度498m,主体结构高度482.5m,属于超高层建筑。首先分析了现行规范刚重比计算公式的适用条件，然后依据本项目楼层质量、地震作用和风荷载的实际分布情况，对现行规范中的刚重比计算公式进行修正。通过采用修正后的刚重比计算公式对本项目的整体稳定性进行评价，结果表明项目整体稳定性满足要求，但需要考虑结构的重力二阶效应。采用ETABS软件对结构进行整体屈曲分析，结果表明，塔楼具有较好的整体稳定性。线弹性屈曲分析计算得到的刚重比数值与修正后的刚重比公式计算得到的数值较为接近，前者略大于后者，可见采用修正后的刚重比公式对结构进行设计偏安全。     

建筑结构刚重比规范算法研究及 PKPM 软件实现

刚重比是衡量建筑结构整体稳定性的重要指标。根据倒三角荷载模式下的悬臂柱力学模型,提出适应任意荷载分布形式的刚重比计算公式,并给出钢结构、钢混组合结构刚重比的设计限制。结合实际工程,采用PKPM软件建立不同结构的模型,对比分析风荷载或地震作用两种常见水平荷载下的刚重比软件计算结果与理论计算值,两者吻合较好。     

某330m超高层塔楼结构设计与分析

超高层建筑整体稳定性分析、加强层设计及结构转换等是超高层结构设计的重点和难点。通过越秀·国际金融汇三期330m超高层塔楼T5设计与分析,提出了刚重比修正、伸臂桁架+环带桁架加强层及斜柱转换设计等设计、分析方法。当结构整体稳定性指标刚重比成为结构设计的控制指标时,有必要对刚重比的适用条件进行分析。通过力学公式的推导可知,规范关于刚重比的计算方法适用于刚度和质量分布沿竖向均匀的结构;根据公式推导结合屈曲因子计算的对比分析,提出了当结构主要构件从下到上逐步收进、质量主要集中在下部楼层时针对刚重比的修正方法,使结构设计更加合理经济。在高区结构收进部位相邻下两层,设置伸臂桁架+环带桁架加强层,有效解决了高区结构收进后刚度削弱的问题。收进后高区外框架柱与核心筒剪力墙之间采用斜柱过渡的方式,解决了高区个别外框柱与下层的连接过渡问题,避免了结构转换层的设置。     

高层结构整体稳定性探析——以马尾物联网1#楼为例

高层建筑结构的刚重比作为结构分析中的重要指标之一,规范是基于刚度和质量分布沿结构竖向均匀的前提得出相应计算公式。通过对结构稳定性的规范理论的理解应用,结合实际工程,通过修正刚重比满足规范要求,控制结构二阶效应在规范允许合理范围。     

高层建筑钢结构的整体稳定验算

高层建筑钢结构在竖向荷载及风荷载或地震作用下,其结构稳定已成为设计中需要考虑的问题。结构的侧向刚度与重力荷载之比即刚重比,是反映结构整体稳定性的关键参数。提出了高层建筑钢结构整体稳定验算的设计建议,可供工程设计时参考。     

高层建筑结构整体稳定性研究

高层建筑结构整体稳定性研究是指结构的侧向刚度和重力荷载之比即“刚重比”，是反映结构整体稳定性的关键参数。当高层建筑的高宽比足够大时，结构的“刚重比”一般接近规范规定的下限值，甚至低于下限值，计算的“刚重比”的准确性就显得非常重要。结构的“剪重比 ”主要与结构抗震设防烈度和结构体型、结构布置有关。     

复杂连体高层结构整体稳定研究

针对JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中关于高层结构整体稳定判断及刚重比限值的适用条件,明确了相关规定应用到复杂连体高层结构时存在的缺陷。在此基础上,基于欧拉临界失稳的基本原理,推导了适用于塔式刚性连体高层结构的刚重比限值,该限值主要受连接体与塔楼相对刚度的影响,并通过4个工程案例计算,表明采用规范方法将偏于保守,会放大二阶效应的不利影响。对于连接关系更加复杂的异形连体结构,通过刚重比判断结构的稳定性不再适用,应直接进行考虑二阶效应的非线性稳定分析,并建议借鉴空间结构稳定判断的方法,通过特征值屈曲分析、考虑几何非线性的直接静力稳定分析、考虑材料非线性的极限稳定破坏分析等,对结构的整体稳定进行评估。以某复杂三塔连体高层结构为例,采用所建议的方法进行稳定分析和评价。结果表明,该结构在弹性假定下稳定荷载因子大于10,考虑材料非线性时稳定承载力的安全系数超过2.0,满足安全要求。     

长沙某超高层结构整体稳定性设计研究

《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)对整体稳定性计算做出了水平荷载按照倒三角形分布、考虑结构顶点位移相等而将结构折算为竖向悬臂受弯构件等假定,但这些假定和简化降低了计算精度。通过实际工程案例,对影响刚重比的各种因素进行了分析,研究了地下室层数、地下室侧向土的水平抗力系数、地下室嵌固端楼层刚度比、不同嵌固部位以及屋顶构架等影响因素,分析不同计算程序假定的合理性,确保结构整体稳定性安全可靠。     

质量竖向不均匀分布时刚重比公式的探讨

推导了考虑质量不均匀分布时,控制P-Δ效应的刚重比限值公式;对等效荷载换算折减系数β值的两种计算方法的精度进行了对比分析,并给出了三个算例。结果表明:对于质量分布上小下大的实际工程,卡氏方法的误差总是大于5.58%,而侧移等效方法的精度相对较好;引入特征值屈曲稳定系数λ,并给出了λ与临界荷载和刚重比的关系,λ是控制二阶P-Δ效应更直接的参数,并且可以反算刚重比进行复核。     

不同长宽比高层建筑沿高度分布的风荷载

针对7种长宽比高层建筑进行刚性模型测压风洞试验,研究层阻力系数和层体型系数沿高度的分布特征,拟合获得层阻力系数和角度风分配系数公式,给出高层建筑x和y方向风荷载的计算公式,最后与各国规范的风荷载进行对比。研究表明迎风面的层阻力系数沿高度呈7字形分布,最大值出现在0.81～0.93建筑物高度;建筑顶部的层阻力系数较小,主要是受三维流效应影响;提出不考虑风振的矩形截面高层建筑风荷载沿高度分布的计算公式,该公式考虑了风向角、长宽比和地貌的影响,通过2520组试验数据验证了公式的有效性;各国规范迎风面风荷载沿高度呈指数或者对数变化,风洞试验值在顶部风荷载较小;背风面风荷载除GB规范呈指数分布以外,其他各国规范均沿高度不变,试验值沿高度基本不变;GB、ASCE和AIJ规范的整体风荷载和试验值比较接近,NBCC规范数值略小,而EN规范数值较大。     

高层建筑结构整体稳定性研究

结构的侧向刚度和重力荷载之比即刚重比,是反映结构整体稳定性的关键参数。当高层建筑的高宽比足够大时,结构的刚重比一般接近规范规定的下限值,甚至低于下限值,计算的刚重比的准确性就显得非常重要。着重分析了弯剪型结构整体稳定性验算时存在的问题,比较结构顶点位移在考虑重力P-Δ效应前后的变化,以及其与刚重比及结构屈曲临界荷载系数的关系,提出了补充验算结构整体稳定性的建议。     

海口双子塔-南塔结构整体稳定与关键构件计算长度系数研究

海口双子塔-南塔位于地震高烈度与强台风区,结构设计存在较大挑战,其整体稳定及构件稳定承载力验算是其中的重要内容。首先采用倒三角分布荷载、风荷载和地震作用三种荷载分布形式计算了结构的弹性等效侧向刚度,并据此得到了结构的刚重比和P-Δ效应的影响,结果表明,结构具有较好的抗侧刚度和整体稳定性能。使用MIDAS Gen软件进行了结构整体屈曲分析,进一步印证了结构具有良好的整体稳定性能。通过弹性屈曲计算了巨型柱及RCFT中柱的屈曲临界荷载,并使用欧拉公式反算了计算长度系数。     

单轴对称工字钢梁的弹塑性稳定系数

工字钢梁在工业厂房中应用非常广泛,而平面外弯扭失稳是薄壁构件的主要失稳模式,比单独的扭转失稳和弯曲失稳要复杂的多。以往钢梁稳定研究主要集中在双轴对称截面,单轴对称截面的整体稳定性研究较少。为此,对承受跨中集中荷载和关于跨中对称的两点荷载的单轴对称工字钢梁进行了弹塑性弯扭屈曲分析,考虑初始变形和两种残余应力分布。通过算例分析得到不同截面尺寸和荷载作用点高度的稳定系数变化规律,以修正的ECCS公式为基础拟合得到了适用于单轴对称截面横向荷载作用下的弯扭屈曲稳定系数公式,该公式适用于的荷载作用点高度为剪心到上翼缘以上120mm,和截面宽高比为0.42~0.76范围内的单轴对称工字钢梁。与有限元计算结果对比表明,公式计算结果与有限元分析结果符合良好,且公式与有限元计算结果相比较为保守。     

高层建筑结构抵抗竖向荷载的结构变形协调及鲁棒性分析

通过对高层建筑结构工程整体计算中竖向构件在竖向荷载作用下的内力分布变化的分析,揭示了竖向构件间结构变形协调的抗力机制,提出了完整建筑结构设计需经历结构变形协调分析、结构易损性分析及结构鲁棒性分析等三个层次的新思路,并建立了在竖向荷载作用下的结构变形协调模型、结构易损性模型及结构鲁棒性模型。     

混凝土结构设计中常见的稳定问题

混凝土结构的稳定问题受重视程度不及钢结构,本文对比中国、欧洲、美国和新西兰的混凝土设计规范中关于结构整体稳定、构件稳定的条文,并结合示例和公式推导,给出相关设计建议。对于整体稳定,刚重比数值受侧向合力位置、建筑重力大小及位置的影响,不应简单地以刚重比的数值来评判不同建筑的整体稳定性。对于构件稳定,分析了几个常见而易被忽视的问题。穿层柱及支撑连桥的框架柱宜考虑二阶效应;对于大跨度梁和长悬臂梁可借鉴外国规范,控制梁的高宽比和侧向无支撑长度;通过数值屈曲分析来反算柱子计算长度时,应正确施加荷载;国内对墙肢的稳定限制较严,对比墙肢的稳定等效荷载与轴压比限值荷载,给出了楼梯间外墙和L形剪力墙的截面由稳定控制的临界高度。     

高层结构设计中六个“比”的控制与调整——SATWE电算结果与规范条文的对照理解

引言:随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑(10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物)的应用日益广泛,由于高层建筑相对较柔,水平荷载作用效应明显,在满足使用条件下如何才能达到既安全又经济的设计要求,这是结构设计人员必须去追求与面对的。笔者认为,对于高层结构设计来说,位移比、周期比、刚度比、刚重比、剪重比、轴压