分析高层钢结构的整体稳定性与二阶效应

2022-07-12 08:45 高层钢结构 华邦建设

　　高层钢结构可以视为一个悬臂受压柱，不仅需要通过控制构件的长细比和板材的宽厚比来保证构件的局部稳定性和整体稳定性，同时，还需要考虑结构的整体稳定性。

　　高层钢结构一般不会由于竖向荷载引起结构整体失稳，但高层钢结构的高宽比一般较大，当结构在风荷载或地震作用下产生水平位移时，竖向荷载产生的二阶效应将使结构的稳定问题比较突出，此时必须考虑位移产生附加水平力的影响。

　　当结构受到水平方向力的作用时将产生水平侧移。由于侧移引起竖向荷载的偏心又将产生附加弯矩，而附加弯矩又使结构的侧移进一步增大。对于非对称结构，平移与扭转耦联，当结构产生扭转时，竖向荷载的合力与抗侧力构件的轴线将产生偏心，从而会引起附加的扭矩，这种由于竖向荷载作用于水平位移而产生的内力与侧移增大现象称为P-△效应。如果由于侧移引起内力的增加最终能与竖向荷载相平衡的话，结构是稳定的，否则结构将出现P-△效应引起的整体失稳。

　　高层钢结构的第一阶段设计一般采用线弹性计算方法，此时在竖向荷载作用下与在水平荷载作用下的内力与位移是彼此独立的，两者的内力与位移可以直接相加，可以称为一阶分析。由于P-△效应是在一阶侧移基础上产生的，可以称为二阶效应，相应的计算分析称为二阶分析。

　　对于30层以下的高层钢结构，侧向刚度一般较大，P-△效应并不显著，通常可以忽略不计。然而，随着高层钢结构层数的进一步增加以及高宽比的增大，P-△效应造成的附加弯矩与附加位移所占的比例逐渐加大，对于50层左右的高层钢结构，P-△效应产生的二阶内力和位移可达15%以上。由此可见，高层钢结构如果不考虑二阶效应，可能造成一些构件实际负担的内力超过其设计承载力，从而引起结构的倒坍。

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