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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

钢筋混凝土框架结构抗层屈服倒塌能力评价方法研究

在框架薄弱层进入塑性工作阶段后，地震反应将大幅衰减，如地震持续作用，或者再遭遇较大余震时，结构可能会倒塌。通过分析钢筋混凝土框架薄弱层承载力退化和刚度退化，探讨发生落层倒塌的内部原因和外部条件，揭示框架薄弱层倒塌临界状态应遵循的变形准则和稳定准则。通过分析试验数据，阐述基本原理，推导计算公式，提出了基于Pushover分析的钢筋混凝土框架抗层屈服倒塌能力评价方法。研究结果表明，钢筋混凝土柱端弹塑性损伤是薄弱层承载力和刚度退化的内在原因，竖向荷载引起的等效负刚度是抗侧刚度丧失的外部条件；影响抗倒塌能力的主要因素包括竖向动力放大系数λ、刚度退化系数β_u和刚重比ζ，当λ=β_u ζ 时，框架薄弱层处于倒塌临界状态。最后提出了抗地震倒塌需进一步研究的问题。     

杭州国际会议中心主楼与裙房的结构体系及相互影响

介绍了杭州国际会议中心的概况及结构特殊性,通过对其结构自振特性、层间地震剪力、楼层层间位移角、楼层的刚重比、主要构件的强度等方面的分析,对主楼和裙房的结构体系和相互影响进行研究,得到其内在的联系,以指导设计。     

河南艺术中心大剧院钢屋盖基于延性的性能化设计研究

河南艺术中心大剧院是屋盖为平面钢管相贯桁架、下部由三个钢筋混凝土结构单元组成的复杂结构体系。进行了基于延性的结构抗震设计研究,对整体结构进行小震、中震反应谱分析及大震弹塑性时程分析,对结构自振特性、构件应力比、结构位移、塑性铰分布与损坏程度等进行了深入的量化分析。研究了结构整体大变形失稳破坏极限状态下的体系强屈比和体系延性,并确立了关键节点不屈服的性能设计目标,对整体结构进行了考虑几何非线性、材料弹塑性、初始几何缺陷的荷载-位移全过程屈曲稳定分析,并完成了相关结构构件与节点的设计。实现了基于延性的抗震安全及体系稳定安全的双重设计目标。     

考虑稳定性的树状结构形态布局优化研究

为了研究树状结构在满足结构合理受力状态基础上,树状结构形态布局与结构稳定性之间的关系,基于逆吊递推找形法建立树状结构几何模型,考虑结构初始缺陷和几何-材料双重非线性,采用有限元法对树状结构进行结构稳定性计算,分析了管径、相邻级杆外径比、分支节点位置等参数对结构稳定性和失效模式的影响。研究结果表明：在JGJ 7—2010《空间网壳结构技术规程》中规定的幅值下,初始缺陷对结构稳定性影响较小,几何-材料非线性对树状结构稳定性影响较大;主干管径与结构高度之比为0.045时,结构稳定承载力最大,结构单位质量承载力随管径增加呈先增加后趋于水平的变化规律;外径比影响结构失稳形式,结构稳定性随外径比的增加呈先增大后减小的变化规律,外径比为0.8时结构单位质量承载力最大;分支夹角(结构形态布局)对树状结构稳定性影响显著,当分支与主干轴线夹角为30°时,树状结构材料利用率最大,形态布局最优;树状结构稳定性随外侧杆件刚度的增大而显著提高。     

超高层结构地震剪力系数限值研究

基于目前抗震设计规范中地震剪力系数限值的要求,针对目前国内高度较高(500m以上)的超高层建筑设计实际,介绍了地震剪力系数一般较难满足规范要求的情况,分析了超高层结构地震剪力系数的影响因素,指出结构周期、场地土特征周期是相对较为显著的影响因素,超高层结构阻尼比因变化幅度较小一般对地震剪力系数影响较小。分析了设计中提高地震剪力系数的方法。提出了地震剪力系数限值的一些建议,包括地震剪力系数限值与场地土类型相关、减小高度超高结构地震剪力系数限值等。     

2008奥运羽毛球馆张弦网壳结构整体稳定分析中初始缺陷的影响研究

工程结构的整体稳定性反映了结构的抗倒塌能力,是工程结构设计要考虑的关键问题,初始缺陷对不同类型结构的整体稳定性会产生不同的影响.目前在网壳结构设计中,初始缺陷是按照第一阶屈曲模态的L/300(L为结构跨度),对结构施加初始变形.本文以2008年奥运会羽毛球比赛馆的张弦网壳结构为工程背景,以两个不同形式的张弦网壳为算例,分析了初始缺陷对张弦网壳结构整体稳定性能的影响,对网壳结构设计中施加初始缺陷提出了新的看法,为实际工程的设计计算提供了借鉴和参考.     

钢框架—支撑体系侧向刚度分析

从弹性位移限制、最小剪重比、重力二阶效应、结构的整体稳定四个方面就钢框架—支撑体系在多遇地震作用下合理确定其抗侧刚度进行分析探讨,以利于工程初步方案的设计。     

钢框架-支撑体系侧向刚度分析

从弹性位移限制、最小剪重比、重力二阶效应、结构的整体稳定四个方面就钢框架-支撑体系在多遇地震作用下合理确定其抗侧刚度进行分析探讨,以利于工程初步方案的设计.     

基础隔震结构中上部结构与隔震层的刚度比限值研究

以控制结构变形为目标,将上部结构刚度与隔震层刚度的比值定义为隔震刚度比,作为反映上部结构与隔震层协同变形特点的指标。假定上部结构的地震作用沿高度为矩形分布,在一般结构单质点简化方法基础上提出一种隔震结构动力分析的等效简化方法。进一步分析双自由度等效模型的刚度影响和动力特性,以隔震刚度比的形式解释了结构位移需求、位移分配函数以及隔震刚度比对结构抗震性能的影响。基于抗震性能,推导出结构位移需求与周期关系式、临界隔震刚度比表达式、最大和最小隔震刚度比限值表达式。选取不同结构高度、地震烈度、阻尼条件等计算了上部形式为框架、框-剪、剪力墙结构的三类隔震结构在罕遇地震作用下的隔震刚度比限值。结果表明,一般隔震结构的隔震刚度比限值不宜小于4,低多层隔震结构主要由最小隔震刚度比控制,高层隔震结构在特定条件下需要满足最大隔震刚度比限值。计算结果整理成表格可供设计参考。