[发明专利]一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比计算的修正方法

权利要求书

1.一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比计算的修正方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：由欧拉公式得到作用于弯剪型高层建筑结构顶部的竖向临界荷载P_cr：

式中：EJ_d为高层建筑结构主轴方向的弹性等效侧向刚度；H为高层建筑房屋高度；

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：将高层建筑结构等效为同时承受n个轴心荷载的等截面悬臂直杆模型，根据结构力学的临界重力荷载参数可知，作用于弯剪型高层建筑结构顶部的竖向临界荷载P_cr可以等效为下式：

式中：Gi为第i层重力荷载设计值；Hi为第i层高度；λ_c为临界重力荷载参数；

式中：为等效临界重力荷载；

将式(5)代入式(4)，可得：

第三步：

1)当高层建筑结构刚度和质量分布沿竖向均匀时，

由式(6)可得：

2)当高层建筑结构刚度或质量分布沿竖向不均匀时，

令

式中：α为结构刚度或质量不均匀系数；

则

其中，重力荷载设计值Gi＝1.2X重力永久荷载标准值+1.4X重力可变荷载标准值；

第四步：将式(7)、(8)分别代入式(2)，可分别得到第三步1)和2)情形下的等效临界重力荷载如式(9)、(10)所示：

第五步：考虑重力二阶效应后，根据结构力学原理，结构的位移可近似用下式表示：

根据规范要求，考虑重力二阶效应后的结构位移应控制在10％以内，即：

将式(9)、(12)代入式(11)可得：

同理将(10)、(12)代入式(11)可得：

则刚重比修正系数μ₁如下所示：

第六步：采用有限元特征值法对实际工程进行线性屈曲分析，屈曲特征方程为：

[K-λG(r)]ψ＝0 (16)

其中：K—刚度矩阵；G(r)-荷载向量r作用下的几何刚度；λ—特征值对角矩阵即屈曲因子；ψ—对应的特征值向量矩阵；

考虑重力二阶效应后，由特征值法求出高层建筑结构整体屈曲模态的特征值对角矩阵，从而得到第一阶屈曲因子λ₁；则刚重比修正系数μ₂如下所示：

第七步：取μ₁和μ₂的较小值作为最终刚重比修正系数μ，将μ乘以按现行设计标准计算的刚重比后，得到修正后的刚重比表达式如下：

2.如权利要求1中所述的一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标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楼层重力荷载和楼层层高沿竖向不均匀变化的弯剪型高层建筑。

3.如权利要求1中所述的一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比计算的修正方法，其特征在于，n为高层建筑的层数，n≥10。

4.如权利要求1中所述的一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标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。

5.如权利要求1所述的一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比计算的修正方法，其特征在于，采用有限元特征值法对实际工程进行线性屈曲分析，以重力荷载设计值为初始荷载工况。

6.一种弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比的计算方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据第i层弯剪型高层建筑的重力荷载设计值分布Gi，按计算刚重比修正系数μ₁，式中α为结构刚度或质量不均匀系数；i＝1-n，n为弯剪型高层建筑的楼层数；

2)根据弯剪型高层建筑的特征值对角矩阵即屈曲因子中的第一阶屈曲因子λ₁，按计算刚重比修正系数μ₂；

3)比较刚重比修正系数μ₁和刚重比修正系数μ₂并取μ₁和μ₂的较小值作为最终刚重比修正系数μ，将μ代入下式计算确定弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比：

式中：EJ_d为高层建筑结构主轴方向的弹性等效侧向刚度；H为高层建筑房屋高度；n为高层建筑的层数，Gi为第i层重力荷载设计值。