[發(fā)明專利]一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110947529.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN113722795A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李治;黃清;戴苗;王海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 武漢天力專利事務(wù)所 42208
• 代理人: 程祥

1.一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步：由歐拉公式得到作用于彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)頂部的豎向臨界荷載P_cr：

式中：EJ_d為高層建筑結(jié)構(gòu)主軸方向的彈性等效側(cè)向剛度；H為高層建筑房屋高度；

式中：q為假定倒三角形分布荷載的最大值；u為在假定倒三角形分布荷載作用下結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)質(zhì)心的彈性水平位移；

第二步：將高層建筑結(jié)構(gòu)等效為同時(shí)承受n個(gè)軸心荷載的等截面懸臂直桿模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的臨界重力荷載參數(shù)可知，作用于彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)頂部的豎向臨界荷載P_cr可以等效為下式：

式中：Gi為第i層重力荷載設(shè)計(jì)值；Hi為第i層高度；λ_c為臨界重力荷載參數(shù)；

式中：為等效臨界重力荷載；

將式(5)代入式(4)，可得：

第三步：

1)當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量分布沿豎向均勻時(shí)，

由式(6)可得：

2)當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)剛度或質(zhì)量分布沿豎向不均勻時(shí)，

令

式中：α為結(jié)構(gòu)剛度或質(zhì)量不均勻系數(shù)；

則

其中，重力荷載設(shè)計(jì)值Gi＝1.2X重力永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4X重力可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

第四步：將式(7)、(8)分別代入式(2)，可分別得到第三步1)和2)情形下的等效臨界重力荷載如式(9)、(10)所示：

第五步：考慮重力二階效應(yīng)后，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)的位移可近似用下式表示：

根據(jù)規(guī)范要求，考慮重力二階效應(yīng)后的結(jié)構(gòu)位移應(yīng)控制在10％以內(nèi)，即：

將式(9)、(12)代入式(11)可得：

同理將(10)、(12)代入式(11)可得：

則剛重比修正系數(shù)μ₁如下所示：

第六步：采用有限元特征值法對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行線性屈曲分析，屈曲特征方程為：

[K-λG(r)]ψ＝0 (16)

其中：K—?jiǎng)偠染仃嚕籊(r)-荷載向量r作用下的幾何剛度；λ—特征值對(duì)角矩陣即屈曲因子；ψ—對(duì)應(yīng)的特征值向量矩陣；

考慮重力二階效應(yīng)后，由特征值法求出高層建筑結(jié)構(gòu)整體屈曲模態(tài)的特征值對(duì)角矩陣，從而得到第一階屈曲因子λ₁；則剛重比修正系數(shù)μ₂如下所示：

第七步：取μ₁和μ₂的較小值作為最終剛重比修正系數(shù)μ，將μ乘以按現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的剛重比后，得到修正后的剛重比表達(dá)式如下：

2.如權(quán)利要求1中所述的一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法，其特征在于，所述彎剪型高層建筑為樓層重力荷載和樓層層高沿豎向不均勻變化的彎剪型高層建筑。

3.如權(quán)利要求1中所述的一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法，其特征在于，n為高層建筑的層數(shù)，n≥10。

4.如權(quán)利要求1中所述的一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法，其特征在于，所述彎剪型高層建筑為150m高度以上的彎剪型高層建筑。

5.如權(quán)利要求1所述的一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比計(jì)算的修正方法，其特征在于，采用有限元特征值法對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行線性屈曲分析，以重力荷載設(shè)計(jì)值為初始荷載工況。

6.一種彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比的計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟：

1)根據(jù)第i層彎剪型高層建筑的重力荷載設(shè)計(jì)值分布Gi，按計(jì)算剛重比修正系數(shù)μ₁，式中α為結(jié)構(gòu)剛度或質(zhì)量不均勻系數(shù)；i＝1-n，n為彎剪型高層建筑的樓層數(shù)；

2)根據(jù)彎剪型高層建筑的特征值對(duì)角矩陣即屈曲因子中的第一階屈曲因子λ₁，按計(jì)算剛重比修正系數(shù)μ₂；

3)比較剛重比修正系數(shù)μ₁和剛重比修正系數(shù)μ₂并取μ₁和μ₂的較小值作為最終剛重比修正系數(shù)μ，將μ代入下式計(jì)算確定彎剪型高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性指標(biāo)剛重比：

式中：EJ_d為高層建筑結(jié)構(gòu)主軸方向的彈性等效側(cè)向剛度；H為高層建筑房屋高度；n為高層建筑的層數(shù)，Gi為第i層重力荷載設(shè)計(jì)值。