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关于刚重比的思考

1、规范关于刚重比限值的规定

2、刚重比限值的本质意义:

控制重力二阶效应导致的内力和位移增量在10%以内,若考虑实际刚度折减50%时,内力和位移的增量控制在20%以内。

3、刚重比限值的由来

重力二阶效应可以通过有限元的几何非线性计算得到,也可以根据规范公式近似得到。刚重比限值是为了控制10%的增量,通过规范经验公式反推得到的。

4、设计策略

既然刚重比的限值是根据规范经验公式反推得到的,则这个取值就可以讨论了。

我们可以通过有限元计算,对比考虑P-Δ效应后的内力和位移的实际增量,以此来衡量刚重比限值的适用性。若结构的刚重比低于规范限值,而通过有限元计算得到的结果显示其弹性增量不超过10%。便可以得出结论:对刚重比这一规范指标的突破在理论上是可行的。

5、程序的计算过程测算

(1)PKPM是如何计算刚重比的?

根据手算复核,有如下结论:

a)对G的取值,程序是按1.2D+1.4L(稳定问题为承载能力极限状态,故荷载取基本组合)

b)对H的取值,是按结构总高度(若有小屋面,则计算结果失真)

c)对u的取值是取顶点位移

d)对V的取值,当计算不满足剪重比要求时,取调整后的剪力。

e) 所以根据不同的地震荷载情况,得到的刚重比可能不同。

(2)PKPM是如何实现P-Δ效应的?(有限元or规范公式直接放大)

经查看PKPM的计算结果,发现以下现象:

a) 考虑P-Δ效应后,程序对构件在水平荷载作用下的内力以及结构位移统一进行了放大,放大系数与按规范公式计算的F1比较一致(规范的意图是对位移按F1放大,对内力按F2放大)。

b) 考虑P-Δ效应后,结构周期发生了变化;

所以推测,勾选考虑P-Δ效应选项后,PKPM并没有进行真正意义上的几何非线性分析,而是按照规范中的放大系数公式对结构总刚度进行了相应的修正,在修正后的总刚基础上进行线弹性分析。

(3)新版PKPM关于刚重比的计算方法

(4)ETABS是如何实现P-Δ效应的?

有限元几何非线性。

(5)如何考虑裙房、地下室对结构刚重比计算结果的影响?如何剔除出屋面结构对刚重比计算结果的影响?(待解决)

土木工程学报第48卷第11期《复杂体型高层建筑结构稳定性验算》论文中对刚重比的介绍及研究更为详尽,可供参考。

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