高層建筑混凝土結構的穩定設計分析

達欣子

摘? 要：針對高層建筑混凝土結構，圍繞結構穩定這一實際問題，在提出混凝土結構失穩上限，即臨界荷重的基礎上，分析確定P-△效應（重力二階效應）與結構失穩的重要影響參數，最后提出穩定設計建議，包括剛重比控制、明確剛重比和位移限值之間的關系及重視罕遇地震條件下的穩定設計，以此為實際的設計工作提供參考借鑒。

關鍵詞：高層建筑;混凝土結構;穩定設計

中圖分類號：TU973? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：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，建筑高度越來越高，且為了滿足功能要求，設計中采用更大高寬比，使結構重量增加，但結構的剛度卻減小，導致結構可能處于不穩定的狀態，受風荷載或其它荷載作用后可能發生失穩倒塌。因此，必須高度重視并做好結構的穩定設計。

1 臨界荷重

對于高層建筑結構，能將其看作懸臂桿，它的高、寬之比在3-9之內。如果這一懸臂桿發生整體失穩，將有以下三種形態：其一，剪切型;其二，彎曲型;其三，彎剪型。對于純框架結構，其失穩形態以剪切型為主;對于剪力墻結構，其失穩形態以彎曲及彎剪型為主;對于框剪及框筒結構，失穩形態以彎剪型為主[1]。

1.1 剪切型

剪切型失穩主要是指整個樓層發生失穩，梁柱結構由于雙曲率彎曲而出現側向位移，使整個樓層產生屈曲。在近似計算過程中，若不考慮柱的軸向變形，則臨界荷載可表示為：

式（13）中，Qi表示受水平力作用后在第i層產生的剪力;？啄i表示層間位移;Qihi表示受水平力作用后在第i層產生的彎矩;■Gj·？啄i表示第i層與其上部所有樓層總的重力荷載由于受側移作用而在第i層產生的一定附加彎矩[4]。

根據式（12）、（13），剛重比近似等于受水平力作用后產生的彎矩和重力荷載受P-△作用后的附加彎矩之比。如果剛重比較大，則受P-△作用后彎矩和受水平力作用后彎矩相比，占據的比例相對較小;如果剛重比較小，則受P-△作用后彎矩和受水平力作用后彎矩相近，使結構位移與內力均增加，最終使結構產生失穩。

3 穩定設計

3.1 風荷載與多遇地震條件下的穩定設計

在這兩種條件下進行穩定設計需要對剛重比進行嚴格控制，并在對結構的位移進行計算和對構件的承載力進行設計時，都要充分考慮由P-△帶來的不利影響。

3.1.1 剛重比控制

現行規程指出，無論是結構穩定驗算，還是對內力與位移進行計算時，均采用彈性剛度。基于此，剛重比同樣考慮的是彈性剛度，以便使計算達到統一。結構剛度和它所處狀態有關，在確定控制條件的過程中，需考慮適當的剛度折減[5]。

（1）情況一

彎剪型控制條件為：

剪切型控制條件為：

若能滿足以上條件，則結構受P-△作用后內力增量在5%左右;若考慮折減，則內力增量在7%-10%左右。由于P-△對結構沒有太大影響，所以可不予考慮。

（2）情況二

彎剪型控制條件為：

剪切型控制條件為：

若能滿足以上條件，則結構受P-△作用后內力增量在5%-10%左右;若考慮折減，則內力增量在10%-20%左右。由于P-△對結構有一定影響，所以需要考慮P-△，即對由此產生的位移與內力進行計算;經計算確定的位移應符合其限值，且對構件進行承載力設計時，應采用經計算確定后的內力。在計算過程中，對位移進行計算時需采用彈性剛度，而對內力進行計算時，需采用結構進入屈服狀態時對應的剛度，另外對于彈性剛度，還應考慮一定折減系數，一般為0.5。

（3）情況三

對于彎剪型，其剛重比不能小于1.4;對于剪切型，其剛重比不能小于10。若剛重比小于以上數值，則會增加P-△效應，導致剛度柔弱，必須立即調整和加強。