[發明專利]一種彎剪型高層建筑結構整體穩定性指標剛重比計算的修正方法

在審

• 申請號: 202110947529.4
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113722795A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 李治;黃清;戴苗;王海
• 申請（專利權）人: 中信建筑設計研究總院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 程祥

本發明提出一種彎剪型高層建筑結構整體穩定性指標剛重比計算的修正方法，修正后實際工程剛重比。本發明依據歐拉公式、臨界重力荷載參數等結構力學原理進行推導，得出了根據實際工程荷載分布、層高，對現行設計標準計算的剛重比的修正系數；再根據有限元特征值法求出結構整體屈曲模態的第一階屈曲因子，將該屈曲因子除以11得到剛重比修正系數；取和的較小值作為最終剛重比修正系數，將乘以按現行設計標準計算的剛重比得到修正后的剛重比。按本發明提供的方法進行剛重比修正后，不僅能解決如質量集中在下部樓層特別是當建筑高度超過150m時，按現行設計標準計算出現較大誤差的問題，還能和現行設計標準的安全度保持一致。

技術領域

本發明涉及彎剪型高層建筑結構整體穩定性計算分析和結構設計，具體涉及一種彎剪型高層建筑結構整體穩定性指標剛重比計算的修正方法。

背景技術

按現行設計標準，剛重比的計算基于結構剛度、質量分布沿豎向均勻的假定。但實際的高層建筑，一般是下部平面尺寸較大，且下部豎向構件截面尺寸也較大，往上逐漸變小，樓層重力荷載也是下部大、上部小，質量主要集中在下部樓層，樓層層高也是沿豎向不均勻變化。現行設計標準將高層建筑假定為豎向均勻的懸臂構件，與實際情況存在誤差。如果這種誤差足夠大，將影響結構整體穩定性驗算的準確性。直接根據現行設計標準設計，一般會造成浪費，當遇到個別情況如質量集中在上部樓層時，還會偏于不安全。

從以上分析可知，有必要依據歐拉公式、臨界重力荷載參數等結構力學原理，對結構的臨界荷載P_cr進行推導，將現行設計標準計算假定與實際工程的荷載分布、層高對臨界荷載P_cr的影響進行對比分析，得出針對現行設計標準剛重比的修正系數。本發明同時采用有限元特征值法求出結構整體屈曲模態的第一階屈曲因子，將該屈曲因子除以11得到另一剛重比修正系數。取兩者較小值作為最終剛重比修正系數μ，得到最終修正后的剛重比。按修正后的剛重比驗算結構整體穩定性。

本發明對現行設計標準剛重比的修正與現行設計標準采用的原理一致，因此按本發明進行剛重比修正后，和現行設計標準的安全度一致。

發明內容

本發明的目的是提供一種盡量符合實際工程情況的彎剪型高層建筑結構整體穩定性指標剛重比計算的相對準確方法，在保證現行設計標準安全度的前提下，對現行設計標準計算的剛重比進行修正。

為實現上述目的，本發明提出一種彎剪型高層建筑結構整體穩定性指標剛重比計算的修正方法，包括以下若干步驟：

第一步：由歐拉公式得到作用于高層建筑結構頂部的豎向臨界荷載P_cr：

式中：EJ_d為高層建筑結構主軸方向的彈性等效側向剛度；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構頂點質心的彈性水平位移；

第二步：將高層建筑結構等效為同時承受n個軸心荷載的等截面懸臂直桿模型(即n為高層建筑的層數，n≥10)，根據結構力學的臨界重力荷載參數可知，作用于高層建筑結構頂部的豎向臨界荷載P_cr可以等效為下式：

式中：Gi為第i層重力荷載設計值；Hi為第i層高度；λ_c為臨界重力荷載參數；

式中：為等效臨界重力荷載；

將式(5)代入式(4)，可得：

第三步：