新疆某电视塔结构稳定性设计思考

曹海韵

摘 要 在电视塔类高耸建筑通常为结构外露建筑。结构设计质量对建筑效果有较大影响。稳定性问题在高耸结构中较为突出，构件布置及截面均受稳定性影响。本文以新疆某电视塔为例，介绍了高耸结构稳定性设计的方法，及其在ETABS软件中的实现。

关键词 高耸结构;钢结构;稳定性;ETABS

引言

稳定问题是钢结构设计中重要普遍的问题，我国规范[1-3]对结构稳定性设计方法均有规定。对于常规结构，可按照规范条文，采用常用设计软件进行设计，但对于特殊结构。规范中仅有设计原则，并未规定详细的设计方法及设计参数。这种情况下，需依据力学原理，进行特殊的计算和设计。

1案例

本文电视塔算例效果图见图1、图2，塔高109m，底部直径15m，中部外筒直径6m。上部有五瓣花造型，顶部天线高度约20m，全部采用钢材制造。

2稳定性分析内容

稳定性包括以下三方面内容：①结构整体稳定，②构件稳定，及③构件局部稳定。后两条均为常规设计，本文重点讨论第一条。采用的方法为：在ETABS软件中建立结构模型，采用特征值方法计算结构整体稳定性。先输入稳定计算时施加的荷载，再在程序中进行稳定性分析（Bucking）。

结构整体稳定分析采用GILA（几何非线性、缺陷、弹性材料）方法，先计算无缺陷结果，再计算缺陷结果。无缺陷稳定系数为18.9。可通过失稳振型施加缺陷，缺陷值取为200mm，施加缺陷后结构稳定系数13.9，如图3所示。规范规定稳定性系数限值4.2，该结构整体稳定性满足要求。

3构件稳定

压杆稳定承载力偏保守的由公式计算得到，面外稳定控制，计算长度取为横隔的1.6倍。算例如下：

笔者对比了a完善结构线性计算、b完善结构非线性几何大变形计算、c缺陷结构非线性几何大变形计算得到的构件内力。c的内力比a大概10%。此结果也可说明规范算法显著偏于安全，可能原因是外筒斜撑在面外也有一定角度，可提供一定面外支撑。

4构件局部稳定

构件局部稳定即为组成构件板件的宽厚比验算，对于圆管来说，即为壁厚与管径的比值。新钢标将宽厚比分为五个等级，S1～S5，其中S1为最高等级，对应于全截面屈服时板件仍然不发生屈曲，S2等级对应于截面部分屈服时板件发生屈曲，S3等级为截面屈服与板件屈曲同时发生，本案构件宽厚比等级均为S1和S2，如下表所示：

5结束语

結构稳定粗略包含以下三方面内容：①结构整体稳定，②构件稳定，及③构件局部稳定。在整体稳定方面，对于本例特殊形状的结构，规范中仅有设计原则，未规定详细的设计方法及设计参数。依据力学原理，采用ETABS进行了结构稳定性计算和设计。分析结果表明：结构整体稳定系数为13.9，远大于规范限值。此外，第3节、第4节介绍了构件稳定及局部稳定的验算方法。经计算，本结构在稳定性方面是安全的。

参考文献

[1] Eurocode3：DesignofsteelstructuresPart1-1：Generalrulesandrulesfor Buildings.BSEN1993-1-1：2005.

[2] 钢结构设计标准（GB50017-2017）[S].中国建筑工业出版社，2017.

[3] 高耸结构设计标准（GB50135-2019）[S].中国计划出版社，2019.