[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

说明书

本发明提出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，修正后实际工程刚重比。本发明依据欧拉公式、临界重力荷载参数等结构力学原理进行推导，得出了根据实际工程荷载分布、层高，对现行设计标准计算的刚重比的修正系数；再根据有限元特征值法求出结构整体屈曲模态的第一阶屈曲因子，将该屈曲因子除以11得到刚重比修正系数；取和的较小值作为最终刚重比修正系数，将乘以按现行设计标准计算的刚重比得到修正后的刚重比。按本发明提供的方法进行刚重比修正后，不仅能解决如质量集中在下部楼层特别是当建筑高度超过150m时，按现行设计标准计算出现较大误差的问题，还能和现行设计标准的安全度保持一致。

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。

背景技术

按现行设计标准，刚重比的计算基于结构刚度、质量分布沿竖向均匀的假定。但实际的高层建筑，一般是下部平面尺寸较大，且下部竖向构件截面尺寸也较大，往上逐渐变小，楼层重力荷载也是下部大、上部小，质量主要集中在下部楼层，楼层层高也是沿竖向不均匀变化。现行设计标准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。如果这种误差足够大，将影响结构整体稳定性验算的准确性。直接根据现行设计标准设计，一般会造成浪费，当遇到个别情况如质量集中在上部楼层时，还会偏于不安全。

从以上分析可知，有必要依据欧拉公式、临界重力荷载参数等结构力学原理，对结构的临界荷载P_cr进行推导，将现行设计标准计算假定与实际工程的荷载分布、层高对临界荷载P_cr的影响进行对比分析，得出针对现行设计标准刚重比的修正系数。本发明同时采用有限元特征值法求出结构整体屈曲模态的第一阶屈曲因子，将该屈曲因子除以11得到另一刚重比修正系数。取两者较小值作为最终刚重比修正系数μ，得到最终修正后的刚重比。按修正后的刚重比验算结构整体稳定性。

本发明对现行设计标准刚重比的修正与现行设计标准采用的原理一致，因此按本发明进行刚重比修正后，和现行设计标准的安全度一致。

发明内容

本发明的目的是提供一种尽量符合实际工程情况的弯剪型高层建筑结构整体稳定性指标刚重比计算的相对准确方法，在保证现行设计标准安全度的前提下，对现行设计标准计算的刚重比进行修正。

为实现上述目的，本发明提出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，包括以下若干步骤：

第一步：由欧拉公式得到作用于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(即n为高层建筑的层数，n≥10)，根据结构力学的临界重力荷载参数可知，作用于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：