提供高层建筑混凝土结构的稳定设计的内容摘要：高层建筑混凝土结

高层建筑混凝土结构的稳定设计

徐培福肖从真

(中国建筑科学研究院北京100013)

[提要]高层建筑混凝土结构在竖向荷重及风或地震作用下,其结构稳定已成为设计中需要考虑的问题。结合高层规程(JGJ3-91)的修订,分析在风和地震作用下,影响高层建筑混凝土结构的临界荷载的主要参数抗侧刚度与重力荷载比,提出了控制及验算结构稳定的设计建议。可供工程设计时参考。

[关键词]高层建筑结构结构稳定混凝土结构

The stability of tall building under vertical load and lateral load such as wind load and seismic load has to be c onsidered in design.The main factors,the ratio of lateral rigidity to gravity,that affect the stability of tall building c oncrete structures have been studied,and some suggestions for design are provided.

K eywords:concrete;tall building;structural stability;critical loa ds;rigidity;gravity

一、前言

随着高层建筑混凝土结构的高度和高宽比的增加,以及建筑内部空间的扩大,其结构重量增加而刚度相对减弱,由此使高层混凝土结构的稳定问题引起人们的重视和关注。本文结合《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3—91)的修订,对此问题进行了研究分析。

高层建筑混凝土结构仅仅在重力荷载作用下,产生整体失稳的可能性是很小的,其临界荷重是结构失稳的上限值,此值可用以近似确定P-Δ效应的不利影响。高层建筑混凝土结构技术规程jgj3-91当结构在风或地震作用下产生水平位移时,重力荷载将引起结构的P-Δ效应,从而使结构的位移和内力增加[1,2],甚至导致结构失稳,这种失稳的可能性远大于仅在竖向荷重作用下的失稳。因此,高层建筑混凝土结构的稳定设计,主要是控制和验算结构在风或地震作用下,重力荷载产生的P-Δ效应对结构性能降低的影响,以及由此引起的结构失稳。下面将分别讨论高层建筑混凝土结构仅在重力荷载作用下的临界荷重,影响P-Δ效应和结构失稳的主要参数,以及控制和验算结构稳定的设计建议。

二、高层建筑混凝土结构的临界荷重

高层建筑混凝土结构可视为具有中等长细比的悬臂杆,其高宽比一般为3～9。高层建筑混凝土结构技术规程jgj3-91此悬臂杆的整体失稳或整体楼层失稳形态有三种可能:剪切型、弯曲型及弯剪型。纯框架结构的失稳形态一般为剪切型;剪力墙结构的失稳形态为弯曲型或弯剪型;框架-剪力墙、框架-筒体等带有剪力墙或筒体的结构,其失稳形态一般为弯剪型。

1.剪切型失稳的临界荷重

剪切型失稳往往是整体楼层的失稳,纯框架的梁、柱因双曲率弯曲产生层间侧向位移,呈现出整个楼层的屈曲。近似计算中,不考虑柱子轴向变形的影响,其临界荷重为[1]:

∑n

j=i

G j

cr

=D i h i(1)

式中∑n

j=i

G j

cr

为第i楼层的临界荷重,等于第i层及其以上各楼层的重力荷载的总和,D i为第i楼层的抗侧

刚度,h

i

为第i楼层的层高。

2.弯曲型和弯剪型失稳的临界荷重

弯曲型悬臂杆的临界荷重可由欧拉公式求得:

P cr=π2EJ/4H2(2)

式中P

cr

为作用在悬臂杆顶部的竖向临界荷重,EJ为悬臂杆的弯曲刚度,H为悬臂杆的高度。

为简化计算,将作用在顶部的临界荷重P

c r

以沿楼层均匀分布的重力荷载之总和∑

n

i=1

G i

cr

取代。

P cr=1

3

∑n

i=1

G i

c r

(3)将式(3)代入式

(2)得:

∑n

i=1

G i

c r

=3π

2EJ

4H2

=7.4EJ

H2

(4)对于弯剪型悬臂杆,近似计算中,可用等效抗侧刚

度EJ

d

取代式(4)中的弯曲刚度EJ。

作为临界荷重的近似计算公式

,可对弯曲型和弯剪型悬臂杆统一表示为:

∑n

i=1

G i

c r

=7.4

EJ d

H2

(5)

三、影响P-Δ效应及结构失稳的主要参数

考虑P-Δ效应后,结构的侧移可近似用下列公式表示[1]:

对弯剪型结构

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第31卷第8期建筑结构2001年8月

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