傾覆力矩基于傾覆力矩的高層建筑結(jié)構(gòu)整體失效分析

高層建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，由重力二階效應(yīng)引起的傾覆彎矩非線性遞增。當(dāng)結(jié)構(gòu)高度和高寬比不大時(shí)，附加彎矩對(duì)傾覆力矩的影響較小，可以忽略不計(jì)，但當(dāng)結(jié)構(gòu)高度和高寬比增大到一定限值時(shí)，二階效應(yīng)引起的附加彎矩就成為了影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的不可忽略的因素。雖然高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（以下簡稱高規(guī)）中給出了高層建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性剛重比限值，但大量的實(shí)際工程指出結(jié)構(gòu)即使?jié)M足高規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的規(guī)定，在結(jié)構(gòu)剛重比不斷變化的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)過程中，重力二階效應(yīng)的影響仍然需要考慮，以此作為結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的一個(gè)判別方面。

在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體穩(wěn)定分析時(shí)，由于對(duì)結(jié)構(gòu)在材料非線性階段結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律不清楚，常常僅考慮彈性階段下結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的設(shè)計(jì)參數(shù)，缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)塑性階段的研究。同時(shí)，按照傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)的失效模式認(rèn)為結(jié)構(gòu)的水平變形導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的損傷，致使結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度退化，結(jié)構(gòu)的頻率降低，當(dāng)損傷達(dá)到一定程度時(shí)，即使很微小的變形也會(huì)引起極大的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度、基頻的變化，結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界失穩(wěn)的界限，這種失效分析忽略了結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式的多樣化，與實(shí)際工程實(shí)例中個(gè)別構(gòu)件率先達(dá)到極限承載力而失去穩(wěn)定不符。

對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，由于其高寬比較大，重力二階效應(yīng)對(duì)其整體穩(wěn)定的影響不可忽視?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定評(píng)價(jià)指標(biāo)忽視了結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的復(fù)雜性以及各狀態(tài)變量相互之間的關(guān)系，使得基于結(jié)構(gòu)變形或抗側(cè)剛度等單一指標(biāo)的失效判別指標(biāo)偏不安全。因此，有必要尤其是從塑性階段結(jié)構(gòu)傾覆力矩出發(fā)，建立一個(gè)基于傾覆力矩的整體失效的判別指標(biāo)，從而為評(píng)估結(jié)構(gòu)損傷以及整體穩(wěn)定的發(fā)展提供依據(jù)。 2100433B

規(guī)范提出框架占整體抗傾覆彎矩比值的概念，主要是為確定框架與剪力墻的數(shù)量與比例關(guān)系，判斷結(jié)構(gòu)整體變形與受力特征，從而對(duì)于整體結(jié)構(gòu)中的框架部分與剪力墻部分提出不同的抗震要求。對(duì)于層數(shù)較高的結(jié)構(gòu)，無論是框架結(jié)構(gòu)還是剪力墻結(jié)構(gòu)，都會(huì)以整體的彎曲變形為主，原因是如果梁的剛度不夠，不能使結(jié)構(gòu)形成整體彎曲變形，而僅依靠墻柱自身抗彎能力，整體變形狀態(tài)以剪切變形為主的話，其頂部位移指標(biāo)等很難滿足要求。

而一般建筑布置的情況都是框架柱在外圍，而剪力墻作為核心筒布置在結(jié)構(gòu)中間部位，這就導(dǎo)致了在采用軸力方式計(jì)算時(shí)，框架所占比重遠(yuǎn)大于剪力墻的情況，這時(shí)計(jì)算值會(huì)比較接近柱關(guān)于整體形心慣性矩占整體墻柱慣性矩的比例。如果梁剛度足夠大，則可以完全按格構(gòu)柱模型，由平面墻柱布置來確定。

而抗規(guī)方法則有著比較明確的工程意義，一方面，將梁對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響忽略了，或者說特意避開了，對(duì)豎向構(gòu)件、墻、柱之間自身抗彎的比例關(guān)系做了一個(gè)分析。另一方面，作為抗震設(shè)計(jì)二道防線的要求，可以考慮在按強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)梁鉸、梁退出結(jié)構(gòu)整體剛度貢獻(xiàn)的時(shí)候，一個(gè)墻柱抗傾覆的比值。類似于疊合梁的概念，中間如果沒有抗剪作用的話，上下梁是相對(duì)獨(dú)立各自彎曲的，對(duì)整體的撓度抗彎能力沒有加強(qiáng)，當(dāng)中間存在抗剪能力時(shí)，上下才會(huì)協(xié)同工作，形成整體剛度。當(dāng)我們想比較的是上、下梁各自的相對(duì)的抗彎能力時(shí)，中間的抗剪作用是可以忽略的，這樣才更容易比較。

《抗規(guī)》6.1.3 的條文說明中規(guī)定框架部分地震傾覆力矩的計(jì)算公式為：

其中，M_c為規(guī)定水平力下的地震傾覆力矩； n 為結(jié)構(gòu)層數(shù)； m為框架 i 層的柱根數(shù)；V_ij為第 i 層第 j 根框架柱計(jì)算地震剪力；h_i 為第 i 層層高。該條文說明中明確此框架部分按剛度分配的地震傾覆力矩的計(jì)算公式，為保持 2001 規(guī)范的規(guī)定不變，而 2001 規(guī)范給出此公式時(shí)并沒有具體說明公式來源。

在建筑工程中，磚混結(jié)構(gòu)中的懸挑梁、懸挑陽臺(tái)、擋土墻等有可能產(chǎn)生傾覆失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算，均應(yīng)進(jìn)行傾覆驗(yàn)算。與傾覆力矩相平衡的是抗傾覆力矩，只有當(dāng)抗傾覆力矩大于傾覆力矩時(shí)結(jié)構(gòu)才不會(huì)產(chǎn)生傾覆失穩(wěn)。

自重荷載對(duì)傾覆線產(chǎn)生的矩為穩(wěn)定力矩，除自重荷載外的其他荷載對(duì)傾覆線產(chǎn)生的矩叫傾覆力矩。2100433B

在建筑工程中，磚混結(jié)構(gòu)中的懸挑梁、懸挑陽臺(tái)、擋土墻等有可能產(chǎn)生傾覆失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算，均應(yīng)進(jìn)行傾覆驗(yàn)算。與傾覆力矩相平衡的是抗傾覆力矩，只有當(dāng)抗傾覆力矩大于傾覆力矩時(shí)結(jié)構(gòu)才不會(huì)產(chǎn)生傾覆失穩(wěn) 。2100433B

傾覆力矩是指引起自行式機(jī)械傾翻的力矩。工作載荷(起重機(jī)中為起升載荷)或部分傾翻線外側(cè)的載荷，相對(duì)傾翻線所形成的力矩。