高层建筑结构整体稳定性研究

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1、高层建筑结构整体稳定性研究王国安(艾奕康建筑设计(深圳)有限公司，深圳518059)IX要l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一△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。【关键词】高层建筑整体稳定性刚重比结构顶点位移屈曲分析1引言的抗侧刚度，取该楼层剪力与层间位移的比值；

2、h结构的整体稳定是高层建筑结构设计的基本为第楼层的层高。要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)考虑重力二阶效应后，结构的侧移可近似用下⋯(以下简称《高规》)以强制性条文的形式给出式表示[21：了高层建筑结构满足整体稳定性要求时的下限。结(2)构的侧向刚度和重力荷载之比(以下简称刚重比)必须满足规定的数值，否则结构将在风荷载或水平十地震作用下，由于重力荷载产生的二阶效应过大从【_而引起结构的失稳甚至倒塌。《高规》规定，当结构的刚重比数值满足最低式中：a／"为考虑P一△效应的结构第层的层间位移；限值要求时，结构的整体稳定具有适宜的安全储

3、备，但应考虑结构的重力二阶效应的不利影响。当结构为未考虑P一△效应的结构第层的层问位移；的刚重比数值足够大时，结构的重力二阶效应已经∑G为第楼层及其以上各楼层的重力荷载的总很小，可以不计其不利影响。从以往的工程实践可j=i以看出，绝大多数多层建筑及一般的高层建筑按《高规》第5．4．4条给出的计算公式来判断，其整在未考虑结构弹性刚度折减的情况下，重力P一体稳定性一般都满足刚重比限值的最低要求，甚至△效应的楼层位移控制在10％以内时，结构的稳定可以不计重力二阶效应的影响。但当高层建筑或超具有适宜的安全储备。若刚重比进一步减小，则重高层建筑的高宽比足够大时，

4、计算的刚重比数值一力P一△效应将会呈非线性关系急剧增大，直至引起般接近《高规》规定的下限，甚至低于下限数值。结构的整体失稳¨。因此，结构整体稳定应满足下此时，计算的刚重比数值的准确性就显得非常重要，式：它直接影响到“结构的整体稳定性是否符合要求”的判断，关系到结构的安全。因此，按照《高规》两6≤．1的计算公式得出的高层建筑结构的刚重比是否能够很好地反映结构的整体稳定性，值得我们进行更将式(3)代入式(2)得：深入的探讨和研究。2剪切型结构的稳定性验算剪切型结构失稳往往是整体楼层的失稳，纯框／八／J1(4)架的梁、柱因双曲率弯曲产生层间侧向位移，显现出整

5、个楼层的屈曲。近似计算中，不考虑柱子轴向将式(4)代入式(1)得：变形的影响，其临界荷重为：D≥11∑nG(i_l，2，⋯一n)(5)f≥∑，，¨’⋯一n=i／式中：，、为第楼层的临界荷重，等于第层剪切型结构每一层均要求满足式(5)。在结构I∑Gl的布置和重力荷载确定的前提下，可以计算得到各及其以上各楼层的重力荷载的总和；Df为第f楼层楼层的刚重比数值；当结构布置发生变化或楼层重力荷载沿竖向分布发生变化时，各楼层的刚重比也司夏目署面呈师，高级工程师地址：深圳南山区海德三道海岸大厦东座B区l4—15楼同时相应改变。满足式(5)的要求，即表示结构邮箱：Em

6、ail：guoan．wang@aecom．com。摘自《建筑结构》2012年第6期的重力P一△效应控制在10％以内，结构的整体稳定23性具有适宜的安全储备。采用式(5)判断剪切型顶点质心的弹性水平位移。结构稳定性可以较好地反映工程结构的实际情况。弯剪型结构验算整体稳定性时，按式(12)和2弯剪型结构的稳定性验算式(13)进行验算。根据公式的推导过程，弯剪型弯剪型结构包括剪力墙结构、框架一剪力墙结构、结构在基本符合假定前提时，整体稳定性验算的结简体结构。果才是可靠合理的。两个基本假定是：1)结构布弯曲型悬臂杆的临界荷重可由欧拉公式求得：置竖向均匀相同；2

7、)楼层重力荷载竖向均匀分布。但实际的高层建筑，一般是下部平面尺寸较大，尸=／(4H)(6)且下部竖向构件截面尺寸较大，往上逐渐变小，楼式中：P为作用在悬臂杆顶部的竖向临界荷重，层重力荷重也是下部大、上部小；楼层层高也是沿EJ为悬臂杆的弯曲刚度，H为悬臂杆的高度。竖向变化不均。将高层建筑假定为竖向均匀的悬臂为简化计算，将作用在顶部的临界荷重P以构件，实际上存在较大的误差。如果这种误差足够大，将严重影响结构整体稳定性验算的结果。沿楼层均匀分布的重力荷载之和r、取代：在结构的几何布置和楼层荷载分布已确定的j情况下，结构的刚重比应该是一个唯一确定的数值，若结构

8、的几何布置或楼层荷载分布发生变化，其值1f，、(7)r舌Gj也应发生变化。但是根据式(12)和