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关于抗倾覆贡献率的探讨,提高抗倾覆贡献率的方法有哪些?

发布于:2022-12-21 09:57:21 来自:建筑结构/结构资料库 [复制转发]

最近工作中碰到一个问题,需要区分不同构件(或子结构)的抗倾覆贡献率。以下为案例探讨。

1. 抗倾覆贡献率

对下面一榀框架,如果横梁两端铰接,则横梁对框架整体抗倾覆无贡献。

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图1

假设立柱高度为6m,柱顶总荷载为500kN,则总倾覆弯矩为3000kN·m,此倾覆弯矩分别由两颗立柱承担。

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图2

如果横梁两端刚接,则横梁对框架整体抗倾覆有贡献,从力的角度来看,横梁刚接后,柱中产生轴力,柱底弯矩减小。假设总的倾覆弯矩为Mt,柱底弯矩为Mc,则横梁对框架抗倾覆的贡献为1-Mc/Mt。

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图3

针对上述案例,横梁抗倾覆贡献率为1-(1143+1109)/3000=25%.

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图4

如果在上述框架中增设斜撑,则斜撑+横梁对框架抗倾覆的贡献为1-(125+95) /3000=93%.

2. 连体结构的抗倾覆贡献率

假设两栋塔楼,承受水平力如下:

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图5

根据弯矩图,塔楼各横梁对抗倾覆贡献率为:1-4729/11250=58%;

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图6

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图7

两栋塔楼中间增加一个连体,连体形式为大梁刚接,连体位置为塔楼低区,在这种情况下,连体+横梁对抗倾覆贡献率为60%,连体本身的抗倾覆贡献率为2%,连体结构相对于非连体,抗倾覆贡献率提高0.6/0.58-1=3%.

当连体分别位于塔楼中区和塔楼低区时,连体+横梁对抗倾覆贡献率分别为59%、58.5%,可见,相同条件下,连体位置越低,对抗倾覆贡献率越大。

如连体结构形式为桁架,连体+横梁对抗倾覆贡献率71.3%,连体本身的抗倾覆贡献率为13.3%,连体结构相对于非连体,抗倾覆贡献率提高71.3/0.58-1=23%.

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图8

3. 悬挑的抗倾覆贡献率

某项目采用空腹桁架悬挑,具体形式如下:

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图9

经计算,空腹桁架立柱对悬挑的抗倾覆贡献率为44.8%,此时,悬挑梁弯矩过大,考虑在悬挑跨中增加一颗立柱,增加立柱后,立柱的抗倾覆贡献率提高至65.4%,对应地,悬挑梁弯矩降低37%.

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图10

某些位置,结合建筑隔墙,有设置斜撑的空间,设置斜撑后,立柱+斜撑的抗倾覆贡献率为91.4%,悬挑梁弯矩大幅减小。

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图11

斜撑也可设置在悬挑底部,此时,立柱+斜撑的抗倾覆贡献率为98%.

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图12

4. 塔楼的抗倾覆贡献率

如上文图5案例所示,框梁与竖向构件两端刚接,框架梁的抗倾覆贡献率约为58%,如框架梁与边柱铰接,与中柱刚接(图13),则框架梁的抗倾覆贡献率为36%,如框架梁与柱端均为铰接,抗倾覆贡献率为0.

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图13

在塔楼中区柱间设置桁架,框梁及桁架的抗倾覆贡献率约为65%;图片

图14

在塔楼中设置伸臂桁架或腰桁架,可以提高抗倾覆贡献率,降低梁端弯矩。

5. 结论

特定的结构,特定的外力,结构总的倾覆弯矩是定值。总的倾覆弯矩由两部分来抵抗,一部分是柱底抗弯抗倾覆,另一部分是框架(桁架或斜撑)效应形成的柱底拉压抗倾覆。

对排架结构来说,抗倾覆能力完全由柱底抗弯提供;对带斜撑的结构来说,抗倾覆能力几乎完全由拉压斜撑提供。

提高抗倾覆贡献率,即提高拉压抗倾覆的占比,即提高结构的整体效率,所以抗倾覆贡献率也是结构整体效率的一个衡量指标。

提高抗倾覆贡献率的方法:

1)增加斜撑(柱与柱之间增加斜撑,梁与柱之间增加斜撑、跨楼层的梁与梁之间增加斜撑);

2)增强节点刚度(梁柱节点、柱脚节点铰接改为刚接);

3)增加竖向构件的刚度(加大柱截面);

4)加大水平构件的刚度(加大梁截面);

在相同的外部荷载条件、相同的层数和长宽高尺寸、使用相同材料的情况下,斜撑的抗倾覆贡献率最高、材料利用效率最高,增强节点刚度次之,增加竖向构件的刚度再次之,然后是加大水平构件的刚度。

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知识点:抗倾覆贡献率

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这个家伙什么也没有留下。。。

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