CN115017576A - 考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及弯剪型高层建筑结构整体稳定性计算分析和结构设计,具体涉及一种考虑结构刚度沿高度不均匀分布影响的弯剪型高层建筑结构刚重比计算的修正方法。
背景技术
按现行设计标准规范,弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比的计算基于质量、结构刚度分布沿竖向均匀的假定。但实际的高层建筑,结构构件沿高度逐渐收分变小,结构刚度也沿高度增加而变化,一般会越来越小。现行设计标准规范将高层建筑假定为竖向均匀的悬臂构件,与实际情况存在误差,而且随着高度的增加误差会变得越来越大。如果这种误差足够大,将影响结构整体稳定性验算指标刚重比计算的准确性。因此不修正刚重比或刚重比修正时仅考虑质量沿高度不均匀分布对结构整体稳定性的影响是不安全的,还应考虑结构刚度沿高度变化对结构整体稳定性的影响。因此同时考虑弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布影响,对现行设计标准规范计算得到的刚重比进行修正是必要的,特别是当高层建筑高度超过150m时。
本发明对现行设计标准规范刚重比的修正与现行设计标准规范采用的原理一致,因此按本发明进行刚重比修正后,可有效弥补现行设计标准规范的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑结构刚度沿高度不均匀分布影响的弯剪型高层建筑结构刚重比计算的相对准确方法,在采用与现行设计标准规范相同原理的前提下,对现行设计标准计算的刚重比进行修正,弥补现行设计标准规范的不足。
为实现上述目的,本发明提出一种考虑结构刚度沿高度不均匀分布影响的弯剪型高层建筑结构刚重比计算的修正方法,包括以下若干步骤:
第一步:当弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布时,将弯剪型高层建筑结构刚重比计算简图等效为沿高度刚度逐渐变小的变截面悬臂杆,并按下式计算K值
式中:分别为高层建筑结构顶层或底层假定呈倒三角形分布风荷载或地震荷载的最大值;分别为在高层建筑结构顶层或底层假定呈倒三角形分布风荷载或地震荷载作用下顶层或底层结构顶点质心的弹性水平位移;分别为顶层和底层的层高。
第四步:按下述考虑刚度沿高度不均匀分布修正后的刚重比表达式计算弯剪型高层建筑结构刚重比:
式中:q为假定高层建筑结构(整个高层建筑或高层建筑全高范围)呈倒三角形分布风荷载或地震荷载的最大值;u为在假定高层建筑结构呈倒三角形分布风荷载或地震荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移;=为考虑弯剪型高层建筑结构刚度沿竖向不均匀分布修正系数。
本发明针对弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布情况,也可以等效为变截面悬臂杆。此时,本发明弯剪型高层建筑结构刚重比计算的修正方法,包括以下步骤:
式中:q为假定高层建筑结构呈倒三角形分布风荷载或地震荷载的最大值;u为在假定高层建筑结构呈倒三角形分布风荷载或地震荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移;
第三步:按下述考虑刚度沿高度不均匀分布修正后的刚重比表达式计算弯剪型高层建筑结构刚重比:
所述弯剪型高层建筑为150m高度以上的弯剪型高层建筑。
按现行设计标准规范刚重比验算弯剪型高层建筑结构整体稳定性时,不考虑结构刚度沿高度不均匀分布的影响是偏于不安全的,特别是当建筑高度超过150m时,这种偏差可能会直接影响结构安全。按本发明提供的方法进行刚重比修正后,可有效弥补现行设计标准规范的不足。
附图说明
图1为本发明沿高度刚度逐渐变小的变截面悬臂杆示意图;
图2为本发明阶梯型变截面悬臂杆示意图。
具体实施方式
参见图1和图2,本发明包括以下若干步骤:
式中:q为假定倒三角形分布荷载的最大值;u为在假定倒三角形分布荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移;
第二步:当弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布时,可以等效为变截面悬臂杆,有以下两种形式:
1)第一种形式为沿高度刚度逐渐变小的变截面悬臂杆
沿高度刚度逐渐变小的变截面悬臂杆如图1所示,根据结构力学原理得出的稳定特征方程可知,
故
2)第二种形式为阶梯形变截面悬臂杆
阶梯形变截面悬臂杆如图2所示,根据结构力学原理得出的稳定特征方程可知,
令
其中A为常数。即
实施方式一
(a)第一种形式为沿高度刚度逐渐变小的高层建筑结构,其步骤如下:
根据下式计算求得K值。
(b)第二种形式为阶梯形变截面的高层建筑结构,其步骤如下:
根据式(6)
令
实施方式二
为进一步说明该方法的实施方式,以天天悦星晨A塔(天悦外滩金融中心)为例,说明第一种结构刚度沿高度逐渐变小的高层建筑结构刚重比的修正过程。
天悦星晨A塔(天悦外滩金融中心),采用钢筋混凝土框筒结构,为超B级高度高层建筑。地上50层,地下5层,房屋高度270m,其立面造型沿高度逐渐收进。
根据结构收进尺寸和框架柱、剪力墙截面收分尺寸和式(2),可得
从上表可看出,修正后刚重比小于修正前刚重比,说明不考虑刚度沿高度逐渐变小影响的刚重比偏于不安全。
为进一步说明该方法的实施方式,以越秀·国际金融汇三期超高层塔楼T5为例,说明第二种结构刚度呈阶梯型收进的高层建筑结构刚重比的修正过程。
令
代入式(6)则
从上表可看出,修正后刚重比小于修正前刚重比,说明不考虑刚度呈阶梯型收进影响的刚重比偏于不安全。
通过上述两个实例计算分析可知,按现行设计标准规范刚重比验算弯剪型高层建筑结构整体稳定性时,不考虑结构刚度沿高度不均匀分布的影响是偏于不安全的。按本发明提供的方法进行刚重比修正后,可有效弥补现行设计标准规范的不足。
Claims (3)
1. 一种考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步:当弯剪型高层建筑结构刚度沿高度不均匀分布时,将弯剪型高层建筑结构刚重比计算简图等效为沿高度刚度逐渐变小的变截面悬臂杆,并按下式计算K值
式中:分别为高层建筑结构顶层或底层假定呈倒三角形分布风荷载或地震荷载的最大值;分别为在高层建筑结构顶层或底层假定呈倒三角形分布风荷载或地震荷载作用下高层建筑结构顶层或底层结构顶点质心的弹性水平位移;分别为高层建筑结构顶层或底层的层高;
第四步:按下述考虑刚度沿高度不均匀分布修正后刚重比表达式计算弯剪型高层建筑结构刚重比:
2.一种考虑刚度影响的弯剪型高层结构刚重比计算的修正方法,其特征在于,包括以下步骤:
式中:q为假定高层建筑结构呈倒三角形分布风荷载或地震荷载的最大值;u为在假定高层建筑结构呈倒三角形分布风荷载或地震荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移;
第三步:按下述考虑刚度沿高度不均匀分布修正后刚重比表达式计算弯剪型高层建筑结构刚重比:
3.如权利要求1或2中所述的弯剪型高层建筑结构刚重比计算的修正方法,其特征在于,所述弯剪型高层建筑为150m高度以上的弯剪型高层建筑。
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