高层建筑混凝土结构的稳定设计分析

达欣子

摘  要：针对高层建筑混凝土结构，围绕结构稳定这一实际问题，在提出混凝土结构失稳上限，即临界荷重的基础上，分析确定P-△效应（重力二阶效应）与结构失稳的重要影响参数，最后提出稳定设计建议，包括刚重比控制、明确刚重比和位移限值之间的关系及重视罕遇地震条件下的稳定设计，以此为实际的设计工作提供参考借鉴。

关键词：高层建筑;混凝土结构;稳定设计

中图分类号：TU973        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）29-0085-03

Abstract： In view of the concrete structure of high-rise building， focusing on the practical problem of structural stability， on the basis of putting forward the upper limit of instability of concrete structure， that is， the critical load， the important influence parameters of P-△effect （gravity second-order effect） and structural instability are analyzed and determined.Finally， some suggestions for stability design are put forward， including the control of the weight-to-weight ratio， the definition of the relationship between the weight-to-weight ratio and the displacement limit， and the focus on the stable design under the condition of rare earthquakes， so as to provide reference for the practical design work.

Keywords： high-rise building; concrete structure; stability design

如今，建筑高度越来越高，且为了满足功能要求，设计中采用更大高宽比，使结构重量增加，但结构的刚度却减小，导致结构可能处于不稳定的状态，受风荷载或其它荷载作用后可能发生失稳倒塌。因此，必须高度重视并做好结构的稳定设计。

1 临界荷重

对于高层建筑结构，能将其看作悬臂杆，它的高、宽之比在3-9之内。如果这一悬臂杆发生整体失稳，将有以下三种形态：其一，剪切型;其二，弯曲型;其三，弯剪型。对于纯框架结构，其失稳形态以剪切型为主;对于剪力墙结构，其失稳形态以弯曲及弯剪型为主;对于框剪及框筒结构，失稳形态以弯剪型为主[1]。

1.1 剪切型

剪切型失稳主要是指整个楼层发生失稳，梁柱结构由于双曲率弯曲而出现侧向位移，使整个楼层产生屈曲。在近似计算过程中，若不考虑柱的轴向变形，则临界荷载可表示为：

式（13）中，Qi表示受水平力作用后在第i层产生的剪力;？啄i表示层间位移;Qihi表示受水平力作用后在第i层产生的弯矩;■Gj·？啄i表示第i层与其上部所有楼层总的重力荷载由于受侧移作用而在第i层产生的一定附加弯矩[4]。

根据式（12）、（13），刚重比近似等于受水平力作用后产生的弯矩和重力荷载受P-△作用后的附加弯矩之比。如果刚重比较大，则受P-△作用后弯矩和受水平力作用后弯矩相比，占据的比例相对较小;如果刚重比较小，则受P-△作用后弯矩和受水平力作用后弯矩相近，使结构位移与内力均增加，最终使结构产生失稳。

3 稳定设计

3.1 风荷载与多遇地震条件下的稳定设计

在这两种条件下进行稳定设计需要对刚重比进行严格控制，并在对结构的位移进行计算和对构件的承载力进行设计时，都要充分考虑由P-△带来的不利影响。

3.1.1 刚重比控制

現行规程指出，无论是结构稳定验算，还是对内力与位移进行计算时，均采用弹性刚度。基于此，刚重比同样考虑的是弹性刚度，以便使计算达到统一。结构刚度和它所处状态有关，在确定控制条件的过程中，需考虑适当的刚度折减[5]。

（1）情况一

弯剪型控制条件为：

剪切型控制条件为：

若能满足以上条件，则结构受P-△作用后内力增量在5%左右;若考虑折减，则内力增量在7%-10%左右。由于P-△对结构没有太大影响，所以可不予考虑。

（2）情况二

弯剪型控制条件为：

剪切型控制条件为：

若能满足以上条件，则结构受P-△作用后内力增量在5%-10%左右;若考虑折减，则内力增量在10%-20%左右。由于P-△对结构有一定影响，所以需要考虑P-△，即对由此产生的位移与内力进行计算;经计算确定的位移应符合其限值，且对构件进行承载力设计时，应采用经计算确定后的内力。在计算过程中，对位移进行计算时需采用弹性刚度，而对内力进行计算时，需采用结构进入屈服状态时对应的刚度，另外对于弹性刚度，还应考虑一定折减系数，一般为0.5。

（3）情况三

对于弯剪型，其刚重比不能小于1.4;对于剪切型，其刚重比不能小于10。若刚重比小于以上数值，则会增加P-△效应，导致刚度柔弱，必须立即调整和加强。