6 結構穩定性的驗算與控制
a 控制意義:
對結構穩定性的控制,避免建築在地震時發生傾覆.
當高層、超高層建築高寬比較大,水平風、地震作用較大,地基剛度較弱時,結構整體傾覆驗算很重要,它直接關係到結構安全度的控制。
b 規範條文
規範:高規5.4.2條,高層建築結構如果不滿足第5.4.1條(即結構剛重比)的規定時,應考慮重力二階效應對水平力(地震、風)作用下結構內力和位移的不利影響。
規範:高規5.4.4條,規定了高層建築結構的穩定所應滿足的條件.
高規5.4.1條,當高層建築結構的穩定應符合一定條件時,可以不考慮重力二階效應的不利影響。
高規第12.1.6條,高寬比大於4的高層建築,基礎底面不宜出現零應力區;高寬比不大於4的高層建築,基礎底面與地基之間零應力區面積不應超過基礎底面面積的15%。計算時,質量偏心較大的裙樓與主樓可分開考慮。
c 計算方法及程式實現
重力二階效應即p-δ效應包含兩部分,(1)由構件撓曲引起的附加重力效應;(2)由水平荷載產生側移,重力荷載由於側移引起的附加效應。一般只考慮第(2)種,第(1)種對結構影響很小。
當結構側移越來越大時,重力產生的福角效應( p-δ效應)將越來越大,從而降低構件性能直至最終失穩。
在考慮p-δ效應的同時,還應考慮其它相應荷載,並考慮組合分項係數,然後進行承載力設計。
對於多層結構 p-δ效應影響很小。
對於大多數高層結構, p-δ效應影響將在5%~10%之間。
對於超高層結構, p-δ效應影響將在10%以上。
所以在分析超高層結構時,應該考慮 p-δ效應影響。
(p-δ效應對高層建築結構的影響規律:中間大兩端小)
框架為剪下型變形,按每層的剛重比驗算結構的整體穩定
剪力牆為彎曲型變形,按整體的剛重比驗算結構的整體穩定
整體抗傾覆的控制??基礎底部零應力區控制
d 注意事項
>>結構的整體穩定的調整
當結構整體穩定驗算符合高規5.4.4條,或通過考慮p-δ效應提高了結構的承載力後,對於不滿足整體穩定的結構,必須調整結構布置,提高結構的整體剛度(只有高寬比很大的結構才有可能發生)。
當整體穩定不滿足要求時,必須調整結構方案,減少結構的高寬比。
對一些特殊的工業建築物,在沒有特殊要求的情況下,也應滿足整體穩定的要求。
>>結構大震下的穩定
第二階段設計是結構的彈塑性變形驗算,對地震下容易倒塌的結構和有特殊要求的結構,要求其薄弱部位的驗算應滿足大震不倒的位移限制,並採用相應的專門的抗震構造措施。
對於複雜和超限高層結構宜進行第二階段的設計。
第二階段的彈塑性變形分析,宜同時考慮結構的p-δ效應。
為了保證結構大震下的穩定,彈塑性層間位移角應滿足下表的要求:
結構類型 彈塑性位移角限值[θp]
混凝土框架 1/50
混凝土框剪、框筒 1/100
混凝土剪力牆、筒中筒 1/120
多高層鋼結構 1/50
>>結構整體抗傾覆驗算
高層建築混凝土結構技術規程》(jgj3-2002)與《建築抗震設計規範》(gb50011-2001),對高層建築尤其是高寬比大於4的高層建築的整體抗傾覆提出了更嚴格的要求。
計算時假定基礎及地基均具有足夠的剛度,基底反力呈線性分布;重力荷載合力中心與基底形心基本重合(一般要求偏心距不大於b/60)。如為基岩,地基足夠剛,mr/mov要求可是當放鬆;如為中軟土地基,mr/mov要求還應適當從嚴。
地震時,地基穩定狀態受到影響,故抗震設計時,尤其抗震設防烈度為8度以上地區, mr/mov要求還要求適當從嚴;抗風時,可計及地下室周邊被動土壓力作用,但mr/mov要求仍應滿足規程要求、不宜放鬆。
當擴大的裙房地下室底板較薄、地下室牆體較少、地下室牆體、頂板開洞削弱較多時,抗傾覆力矩計算的基礎底面寬度宜適當減少,或可取塔樓基礎的外包寬度計算,以策安全。