高层建筑结构整体稳定性分析.ppt

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1、高层结构的重力二阶效应分析高层结构的重力二阶效应分析摘要：《高层建筑混凝土结构技术规程》的稳定性规定与结构的重力荷载和重力的二阶效应有关,该规定建立在弹性分析的基础上，用构件承载力验算中的计算长度系数来保证结构的安全。该规定有一定的适用范围，未必能保证复杂的高层结构的安全性及其计算上的准确性。本文提出复杂高层应进行考虑二阶效应的非线性整体稳定分析，分析结果可作为规程的比较和补充，以确定结构的安全与可靠。复杂高层的整体稳定性分析侯小美，宋宝东结构工程师，2008(6)一、引言建筑师为了实现个性,体现创新而设计了众多复杂体型和内部空间多变的高

2、层建筑。许多创新超出了现行规范的限制,近年来建造的一些高层就存在高度、体形不规则、楼层大开洞、大堂入口处多层通高、凸凹比偏大以及高位转换等许多超出规范要求的做法,而且这些做法在高层设计中越来越流行。由此形成的这些结构体型复杂的高层建筑,因其空间开阔且布局多变,结构的水平荷载、竖向荷载增加了,而侧向刚度却在不断减少,整个结构在水平风荷载、地震及重力荷载作用下,会引起不可忽略的附加二阶效应,表现出明显的几何非线性,计算时应考虑重力二阶效应(P-∆)对结构内力和稳定性所带来的不利影响。黄志华、吕西林上海市超限高层建筑工程的若干问题研究朱杰江、吕

3、西林等高层混凝土结构重力二阶效应的影响分析如果仅仅从《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称高规)第5.4.1条来确定这种复杂体型结构的整体稳定性是不全面的，指出对结构的刚重比不断减少的复杂结构在满足上述强条的情况下，仍需计算分析P-∆对结构内力和位移的不利影响，以作补充;在实际工程设计中，结构设计常用的做法就是过分依赖于仅考虑线性弹性阶段下的SATWE稳定计算结果,而不考虑结构的几何非线性和材料非线性的影响，使得设计者无法对复杂体型结构实际的稳定系数做到心中有底。提出复杂高层应进行考虑二阶效应的非线性整体稳定分析二、稳定性分析方法和步骤

4、结构失稳是指外力作用下结构的平衡状态开始丧失,稍有扰动时变形便迅速增大,最后使结构破坏。它包含两类稳定性问题。第一类是理想化的情况,即结构达到某种荷载时,除原来的平衡状态外,还可能出现第二个平衡状态,称为分支点失稳,数学上为求线性特征值问题,即线性屈曲分析,其结构的线性平衡方程为特征值稳定性指标:结构整体稳定及受压构件局部稳定极限屈曲荷载(恒+活)的屈曲系数λ≥10,即认为该结构的整体稳定性比较可靠。第二类稳定性问题是结构失稳时，变形迅速增大,而不会出现新的变形形式,即平衡状态不会发生质变，也称极值点失稳。非线性稳定性分析即为第二类。它包

5、括几何非线性和材料非线性。若杆件变形较大，就不能在原有几何形状的基础上分析力的平衡，而应在变形后的几何形状的基础上进行分析。这样，力和变形之间就会出现非线性关系，这类问题称为几何非线性问题，它包括重力二阶效应(P-∆效应)、几何大变形，其结构的非线性平衡方程为四、结论复杂高层整个结构在温度变化和混凝土徐变的作用下，结构内部的微观裂缝将会发展成宏观裂缝，造成结构在小震阶段的刚度退化；特别是当结构从弹性阶段发展到弹塑性阶段时，结构的刚度退化比较快，重力二阶效应随刚度的退化而迅速增大，对结构的侧移、内力及整体稳定性的影响越来越明显。高层混凝土结

6、构重力二阶效应的影响分析朱杰江，吕西林等建筑结构学报，2003(6)摘要：传统的高层混凝土结构重力二阶效应分析大多是近似方法，对于实际高层结构，这种近似分析方法会带来较大差错。通过在单元几何方程中引入二次项，较为精确地考虑了重力二阶效应对高层结构受力特性的影响。根据高层结构的特点，建立了单片墙单元和筒体墙单元等非线性宏观单元。单元截面分析采用高斯数值积分方法，可对任意不规则截面进行分析，在非线性方程组的求解算法中引入了弧长算法，能够搜索到结构反应的全过程。研究结果表明：对高度100m左右的高层混凝土结构，多遇地震作用下的强度和变形验算可不

7、考虑重力二阶效应的影响，罕遇地震作用下的弹塑性变形验算一般应考虑重力二阶效应的影响。1.1弯矩增大法根据规范，由传统弹性分析得到的柱端弯矩能放大为《混凝土结构设计规范》采用增大偏心距来反映弯矩的增大，将轴向压力对截面重心的初始偏心距乘以偏心距增大系数η。一、目前考虑P-∆效应的主要方法2.2迭代P-∆方法在这个方法中，通过一阶弹性分析方法计算出初始的第i层的侧向位移∆i，垂直荷载Ni由于初始位移∆i所产生的附加楼层剪力为然后框架在新的楼层水平力作用下重新分析，这个过程一直进行下去，直到前后两次的∆i非常接近为止。通常，对弹性结构只需1~2

8、次循环就能满足要求。如果在5~6次循环后仍不能收敛，则结构被认为是不稳定的。3.3负支撑杆件方法在每一楼层，引入负面积的支撑杆件。其面积为通常，支撑杆件增大了结构的刚度，但负面积的支撑杆件使得