结构设计中的刚重比与重力二阶效应(P-∆效应)分析及高规要求详解

   日期:2025-02-17     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:284    
核心提示:结构设计采用刚重比作为判断结构的稳定性和是否考虑重力二阶效应的重要指标。建筑结构的稳定性可以按第一类失稳进行判断,在数学上统一归结为广义特征值问题。本文建议采用特征值屈曲分析可以快速获得屈曲因子进行结构整体稳定性判断,且可以和整体结构计算和设计同时进行,提高效率。

结构在其自身重量的作用或结构下,在垂直负载的作用下进行侧向移动的结构的额外影响是结构分析设计中的几何非线性问题。结构设计将刚性比率作为重要指标来判断结构的稳定性以及是否考虑了重力的二阶效应。重力的二阶影响(P-∆效应)对结构的整体内力和位移具有不利影响,这通常会增加组件的内部力量并增加结构位移。在结构设计中正确计算刚性比率至关重要。

图1由于侧面重量而导致的负载[1]

(a)结构变形后形成的重量位置;

(b)额外产生的倾覆力矩或横向负载

“高层规则” [2] 5.4.1规定,根据不同的结构系统,高层建筑结构必须满足一级方程式和公式2。当不满足结构时,需要调整结构布局,否则需要更改结构系统;当满足结构1时,不满足。公式2需要根据第5.4.3条考虑二阶重力效应系数:“可以使用有限元方法来计算高层建筑结构的二阶重力效应;也可以将其乘以计算结果这不会考虑到二阶重力效应。 YJK软件采用有限元方法,该方法仔细考虑了在垂直力条件下应力效应的影响以考虑P-∆效应,有限元方法考虑了重力的二阶效应,实质上是增加了几何刚度(也称为压力(也称为压力)刚度)基于常规结构刚度的校正项,并采用直接解决方案或迭代溶液。对于建筑结构设计,尤其是混凝土结构,直接解决方案方法与迭代溶液的精度相当[3]。当有必要考虑P-∆效应的不良效果时,请检查YJK-A软件的参数以通过默认的恒定负载1.3和Live Load 1.5计算P-∆效应的参数。该参数是一个开放参数,可以根据相关规格进行修改。

公式2中的EJD假定它是具有均匀刚度的悬臂成员。根据倒三角分布载荷下结构的顶点位移相等的原理,结构的侧向刚度将转换为垂直悬臂弯曲构件的等效侧向刚度。 [2]因此,标准化的计算方法具有局限性。计算大跨度,大空间结构,垂直不规则(塌陷,悬臂)和具有不均匀垂直质量分布的大机箱的计算方法不适用于标准化计算方法。上述建筑物被认为是垂直均匀的悬臂组件,实际上存在很大的错误。如果此错误足够大,它将严重影响结构的整体稳定性验证结果。对于复杂的高层建筑物钢结构稳定性屈曲分析可用于验证结构的整体稳定性[4],尤其是沿垂直方向不均匀分布的结构。该方法用于文献中的整体稳定性[]和[],并提出了质量校正系数方法的计算结果,以纠正“高规则”,以便将其应用于具有质量或刚度分布不稳定的结构。

结构不稳定性(屈曲)是指在外力作用下丧失结构平衡状态的开始,而轻微的干扰变形将迅速增加,最后结构将损坏。稳定性问题通常分为两类。第一类是理想的情况,即,当达到一定负载时,除了结构的原始平衡状态外,还可能发生第二平衡状态,也称为平衡分叉不稳定。在数学处理中,为了解决特征值问题,它也称为特征值屈曲。当这种结构不稳定时的负载称为屈曲临界负载。第二种是当结构不稳定性发生时,变形迅速增加,没有出现新的变形形式,即平衡状态不会发生定性变化,这称为极端点不稳定性。当结构不稳定时响应的负载是终极负载。建筑结构的稳定性可以根据第一种不稳定性来判断,并且在数学上归因于广义特征值问题。当结构通过求解特征值方程来扣紧结构时,该软件确定屈曲载荷和损坏模式。

文献[4]规定的第5.4.3条规定:“高层建筑结构的总体稳定性可以通过有限元特征值法计算出来。特征值方法计算得出的屈曲因子不应小于10。因子小于20,结构内力和位移计算应考虑到重力的二阶效应的影响。”

结构的总体稳定性来自材料力学的欧拉公式。

最高的等效临界负载是:

其中EJD是结构等效的侧向刚度; H是结构总高度。

如果高层建筑物的负载大约分布在地板位置,则顶部的等效临界负载为[1]。

当每个楼层的重力载荷沿建筑物结构的高度均匀分布时,作用在顶部的等效浓缩重力负荷可以表示为:

在哪里,

这是关键负载系数; GI是第i-the层的重力负载设计值; GE是顶部等效重力负载的设计值,HI是从第i层到底部嵌入端的距离。

一级方程式2替代方程式5:

地震墙的结构:

地震墙的结构:

自V1版本以来,Yingjianke软件已支持特征值屈曲分析,并且参数设置很方便,快速,详细的图2。

目前尚无关于屈曲负荷组合系数的统一理论,目前有两种视图。

第一点是文献[1]中给出的1.2恒定负载和1.4实时负载的组合工作条件,并且该组合被采用,因为公式“高法规”中的gi是重力负载的设计值,考虑到分数恒定和实时载荷期限系数。如果不同时期规格采用的子项目系数将具有不同的现象。在实施一般规范之前,采用1.2恒定负载和1.4实时负载的组合,在实施后,采用了1.3恒定负载和1.5实时负载的组合。子末期系数的不同组合用于满足1.2和1.4的满足,并且在1.3和1.5之后不满足。但是,这种观点反映了与时代保持同步的精神。作者认为该方法的计算结果是保守的。

第二种观点是文献[7]使用1.0恒定负载和1.0实时负载和1.0恒定负载以及1.0实时负载以及水平动作地震和风负载,以设置不同的工作条件,以进行弹性屈曲分析和限制10和20。结构的总体稳定性以及是否考虑了P-∆效应。根据稳定性钢结构稳定性,它是结构的固有特征,仅与结构本身的僵硬和自重有关。使用自重或重力载荷代表值,并考虑到侧向负载同时作用的工作条件。

文献[4]广东高级法规第5.4.1条中计算刚性重量比的GI和GJ是重力负载的代表性值,并且永久负载标准值和地板可变负载标准值的组合被带走。根据观点1和规范名词的含义,建议分别使用1.0和0.5的恒定和活载荷组合系数,或使用1.0系数进行安全考虑。

图2图2中特征值的屈曲分析参数的设置

本文采用框架剪力墙结构,4个地下室地板,高于地面结构的总高度为99.72米。它采用了两种观点来分析不同的负载组合条件。计算结果如图3∽10和表1和2所述。

表1屈曲分析和YJK和ETAB的不同工作条件的比较

注意:错误=(1-yjk/etabs)%

表2 ETAB中侧向载荷屈曲的分析

图3 YJK操作条件1.0D+1.0L

一阶屈曲模式(屈曲因子20.158)

图4 ETABS工作条件1.0D+1.0L

一阶屈曲模式(屈曲因子20.078)

图5 YJK操作条件1.0D+1.0L

二阶屈曲模式(屈曲系数25.951)

图6 ETABS工作条件1.0D+1.0L

二阶屈曲模式(屈曲系数25.65)

图7YJK操作条件1.20D+1.4L

一阶屈曲模式(屈曲系数16.313)

图8 ETABS工作条件1.20D+1.4L

一阶屈曲模式(屈曲系数16.257)

图9YJK工作条件1.20D+1.4L

二阶屈曲模式(屈曲系数28.43)

图10 ETABS工作条件1.20D+1.4L

二阶屈曲模式(屈曲系数20.766)

从表1、2和图3-10中,我们可以看到:

1。YJK计算结果与ETABS屈曲分析结果的数值和变形一致,表明YJK计算结果是科学且合理的。

2。在操作条件的合并作用下1.0D+0.5L,1.0D+1.0L和1.0D+1.0L和水平载荷地震和风负载,屈曲因子大于10且大于20具有良好的稳定性,不需要考虑。 p-∆效应;在1.2D+1.4L的作用下,屈曲因子大于10,但小于20表示结构具有良好的稳定性,需要考虑P-∆效应。在1.3d+1.5l的作用下,屈曲因子大于10,但小于20表示结构具有良好的稳定性,需要考虑P-∆效应。通过设置两个不同观点的工作条件组合获得的结果存在差异,因此有必要清楚地解释所施加的负载条件。

3。高层结构的水平风负荷或水平地震效应,结构的横向位移越大,因此需要增加结构的横向刚度以满足水平位移的极限要求;结构和结构重力负荷和侧向刚度的刚性比率与其所承受的水平载荷(活动)的大小或大小有关。

总结:

“高法规”中给出的严格重量比率计算方法的假设不适用。工程应用程序中的一种常见做法是添加一个模型,该模型可以根据标准算法的计算刚度比率的计算的最高凸出屋顶部分,但对于某些情况,仍然存在不适合的情况。质量和刚度在特殊的大跨度,关节,上回缩等中不均匀分布。本文表明,特征值屈曲分析可以迅速获得整体结构稳定性判断的屈曲因子,并且可以同时进行整体结构计算和整体结构计算和设计以提高效率。

屈曲分析的负载组合工作条件的计算结果在计算重力载荷设计值(考虑到负载亚电量)时是保守的。

稳定性是仅与结构本身的刚度和自重有关的结构的固有特征。计算结果可用于使用常数和活载荷的标准组合以及常数和活载荷以及水平效应(地震和风载)的标准组合来测量结构的稳定性。要求。

作者对本文观点的个人理解只有作者才理解。如果您遇到实际工程项目工程师,则必须根据项目的复杂性选择适当的工作条件进行分析。

[1]“高层建筑结构的计算分析实用指南” [m]

[2] JGJ3-2010“关于高层建筑物混凝土结构的技术法规” [S](2016 Edition)

[3]“结构计算软件YJK-A用户手册和技术条件” 2022 Edition

[4] DBJ15-92-2021“关于高层建筑物混凝土结构的技术法规” [S]

[5]“分析具有不均质量分布的高层建筑的整体稳定性” [J] li Shaocheng

[6]“智格的高层建筑结构设计的典型情况” [m] Yang Xuelin

[7]“上海中央建筑结构的整体稳定性以及巨型柱的计算长度的研究” [J]丁

 
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