高層鋼結構的整體穩定性與二階分析的概念
2021-05-24 08:53 高層鋼結構 華邦建設
高層鋼結構可以視為一個懸臂受壓柱，不僅要通過控制板材的寬厚比與構件的長細比來保證構件的局部穩定性與整體穩定性，同時，還需要考慮結構的整體穩定性。
對于高度層鋼結構，通常不會由于豎向荷載引起結構整體失穩。 但高層鋼結構的高寬比一般較大，當結構在風荷載或地震作用下產生水平位移時，豎向荷載產生的二階效應將使結構的穩定問題比較突出，此時必須考慮位移產生附加水平力的影響。
當結構受到水平方向力的作用時將產生水平側移，由于側移引起豎向荷載的偏心又將產生附加彎矩，而附加彎矩又使結構的側移進一步增大，對于非對稱結構，平移與扭轉耦聯，當結構產生扭轉時，豎向荷載的合力與抗側力構件的軸線將產生偏心，從而也會引起附加的扭矩。這種由于豎向荷載作用于水平位移而產生的內力與側移增大的現象稱為P-△效應。如果由于側移引起內力的增加終能與豎向荷載相平衡的話，結構是穩定的，否則結構將出現P-△效應引起的整體失穩。
在進行高層鋼結構階段設計時，通常采用線彈性計算方法，此時在豎向荷載作用下與在水平荷載作用下的位移和內力是彼此獨立的，兩者的內力與位移可以直接相加，因而也稱為一階分析。由于P-△效應是在一階側移基礎上產生的，所以又稱為二階效應，相應的計算分析稱為二階分析。
對于30層以下的高層鋼結構，側向剛度一般較大，P-△效應并不顯著，通常可以忽略不計。然而，隨著建筑層數的進一步增加以及建筑高寬比的增大，P-△效應造成的附加彎矩與附加位移所占的比例逐漸加大，對于50層左右的鋼結構，P-△效應產生的二階內力和位移可達15%以上。由此可見，對于高層鋼結構，如果不考慮二階效應，可能造成一些構件實際負擔的內力超過其設計承載力，從而引起結構的倒坍。
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