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分析高層鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與二階效應(yīng)
2022-07-12 08:45 高層鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
高層鋼結(jié)構(gòu)可以視為一個(gè)懸臂受壓柱，不僅需要通過控制構(gòu)件的長細(xì)比和板材的寬厚比來保證構(gòu)件的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性，同時(shí)，還需要考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
高層鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)由于豎向荷載引起結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)，但高層鋼結(jié)構(gòu)的高寬比一般較大，當(dāng)結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載或地震作用下產(chǎn)生水平位移時(shí)，豎向荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)將使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題比較突出，此時(shí)必須考慮位移產(chǎn)生附加水平力的影響。
當(dāng)結(jié)構(gòu)受到水平方向力的作用時(shí)將產(chǎn)生水平側(cè)移。由于側(cè)移引起豎向荷載的偏心又將產(chǎn)生附加彎矩，而附加彎矩又使結(jié)構(gòu)的側(cè)移進(jìn)一步增大。對(duì)于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，平移與扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，豎向荷載的合力與抗側(cè)力構(gòu)件的軸線將產(chǎn)生偏心，從而會(huì)引起附加的扭矩，這種由于豎向荷載作用于水平位移而產(chǎn)生的內(nèi)力與側(cè)移增大現(xiàn)象稱為P-△效應(yīng)。如果由于側(cè)移引起內(nèi)力的增加最終能與豎向荷載相平衡的話，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，否則結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)P-△效應(yīng)引起的整體失穩(wěn)。
高層鋼結(jié)構(gòu)的第一階段設(shè)計(jì)一般采用線彈性計(jì)算方法，此時(shí)在豎向荷載作用下與在水平荷載作用下的內(nèi)力與位移是彼此獨(dú)立的，兩者的內(nèi)力與位移可以直接相加，可以稱為一階分析。由于P-△效應(yīng)是在一階側(cè)移基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，可以稱為二階效應(yīng)，相應(yīng)的計(jì)算分析稱為二階分析。
對(duì)于30層以下的高層鋼結(jié)構(gòu)，側(cè)向剛度一般較大，P-△效應(yīng)并不顯著，通常可以忽略不計(jì)。然而，隨著高層鋼結(jié)構(gòu)層數(shù)的進(jìn)一步增加以及高寬比的增大，P-△效應(yīng)造成的附加彎矩與附加位移所占的比例逐漸加大，對(duì)于50層左右的高層鋼結(jié)構(gòu)，P-△效應(yīng)產(chǎn)生的二階內(nèi)力和位移可達(dá)15%以上。由此可見，高層鋼結(jié)構(gòu)如果不考慮二階效應(yīng)，可能造成一些構(gòu)件實(shí)際負(fù)擔(dān)的內(nèi)力超過其設(shè)計(jì)承載力，從而引起結(jié)構(gòu)的倒坍。
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