工程结构性能演化与控制|结构整体性能控制总论之六---结构稳定性的控制
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6 结构稳定性的验算与控制a 控制意义:
对结构稳定性的控制,避免建筑在地震时发生倾覆.
当高层、超高层建筑高宽比较大,水平风、地震作用较大,地基刚度较弱时,结构整体倾覆验算很重要,它直接关系到结构安全度的控制。
b 规范条文
规范:高规5.4.2条,高层建筑结构如果不满足第5.4.1条(即结构刚重比)的规定时,应考虑重力二阶效应对水平力(地震、风)作用下结构内力和位移的不利影响。
规范:高规5.4.4条,规定了高层建筑结构的稳定所应满足的条件.
高规5.4.1条,当高层建筑结构的稳定应符合一定条件时,可以不考虑重力二阶效应的不利影响。
高规第12.1.6条,高宽比大于4的高层建筑,基础底面不宜出现零应力区;高宽比不大于4的高层建筑,基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时,质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。
c 计算方法及程序实现
重力二阶效应即p-δ效应包含两部分,(1)由构件挠曲引起的附加重力效应;(2)由水平荷载产生侧移,重力荷载由于侧移引起的附加效应。一般只考虑第(2)种,第(1)种对结构影响很小。
当结构侧移越来越大时,重力产生的福角效应( p-δ效应)将越来越大,从而降低构件性能直至最终失稳。
在考虑p-δ效应的同时,还应考虑其它相应荷载,并考虑组合分项系数,然后进行承载力设计。
对于多层结构 p-δ效应影响很小。
对于大多数高层结构, p-δ效应影响将在5%~10%之间。
对于超高层结构, p-δ效应影响将在10%以上。
所以在分析超高层结构时,应该考虑 p-δ效应影响。
(p-δ效应对高层建筑结构的影响规律:中间大两端小)
框架为剪切型变形,按每层的刚重比验算结构的整体稳定
剪力墙为弯曲型变形,按整体的刚重比验算结构的整体稳定
整体抗倾覆的控制??基础底部零应力区控制
d 注意事项
>>结构的整体稳定的调整
当结构整体稳定验算符合高规5.4.4条,或通过考虑p-δ效应提高了结构的承载力后,对于不满足整体稳定的结构,必须调整结构布置,提高结构的整体刚度(只有高宽比很大的结构才有可能发生)。
当整体稳定不满足要求时,必须调整结构方案,减少结构的高宽比。
对一些特殊的工业建筑物,在没有特殊要求的情况下,也应满足整体稳定的要求。
>>结构大震下的稳定
第二阶段设计是结构的弹塑性变形验算,对地震下容易倒塌的结构和有特殊要求的结构,要求其薄弱部位的验算应满足大震不倒的位移限制,并采用相应的专门的抗震构造措施。
对于复杂和超限高层结构宜进行第二阶段的设计。
第二阶段的弹塑性变形分析,宜同时考虑结构的p-δ效应。
为了保证结构大震下的稳定,弹塑性层间位移角应满足下表的要求:
结构类型 弹塑性位移角限值[θp]
混凝土框架 1/50
混凝土框剪、框筒 1/100
混凝土剪力墙、筒中筒 1/120
多高层钢结构 1/50
>>结构整体抗倾覆验算
高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3-2002)与《建筑抗震设计规范》(gb50011-2001),对高层建筑尤其是高宽比大于4的高层建筑的整体抗倾覆提出了更严格的要求。
计算时假定基础及地基均具有足够的刚度,基底反力呈线性分布;重力荷载合力中心与基底形心基本重合(一般要求偏心距不大于b/60)。如为基岩,地基足够刚,mr/mov要求可是当放松;如为中软土地基,mr/mov要求还应适当从严。
地震时,地基稳定状态受到影响,故抗震设计时,尤其抗震设防烈度为8度以上地区, mr/mov要求还要求适当从严;抗风时,可计及地下室周边被动土压力作用,但mr/mov要求仍应满足规程要求、不宜放松。
当扩大的裙房地下室底板较薄、地下室墙体较少、地下室墙体、顶板开洞削弱较多时,抗倾覆力矩计算的基础底面宽度宜适当减少,或可取塔楼基础的外包宽度计算,以策安全。
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