新疆某電視塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)思考

曹海韻

摘 要 在電視塔類高聳建筑通常為結(jié)構(gòu)外露建筑。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量對建筑效果有較大影響。穩(wěn)定性問題在高聳結(jié)構(gòu)中較為突出，構(gòu)件布置及截面均受穩(wěn)定性影響。本文以新疆某電視塔為例，介紹了高聳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的方法，及其在ETABS軟件中的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 高聳結(jié)構(gòu);鋼結(jié)構(gòu);穩(wěn)定性;ETABS

引言

穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要普遍的問題，我國規(guī)范[1-3]對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法均有規(guī)定。對于常規(guī)結(jié)構(gòu)，可按照規(guī)范條文，采用常用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對于特殊結(jié)構(gòu)。規(guī)范中僅有設(shè)計(jì)原則，并未規(guī)定詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)參數(shù)。這種情況下，需依據(jù)力學(xué)原理，進(jìn)行特殊的計(jì)算和設(shè)計(jì)。

1案例

本文電視塔算例效果圖見圖1、圖2，塔高109m，底部直徑15m，中部外筒直徑6m。上部有五瓣花造型，頂部天線高度約20m，全部采用鋼材制造。

2穩(wěn)定性分析內(nèi)容

穩(wěn)定性包括以下三方面內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，②構(gòu)件穩(wěn)定，及③構(gòu)件局部穩(wěn)定。后兩條均為常規(guī)設(shè)計(jì)，本文重點(diǎn)討論第一條。采用的方法為：在ETABS軟件中建立結(jié)構(gòu)模型，采用特征值方法計(jì)算結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。先輸入穩(wěn)定計(jì)算時施加的荷載，再在程序中進(jìn)行穩(wěn)定性分析（Bucking）。

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定分析采用GILA（幾何非線性、缺陷、彈性材料）方法，先計(jì)算無缺陷結(jié)果，再計(jì)算缺陷結(jié)果。無缺陷穩(wěn)定系數(shù)為18.9?？赏ㄟ^失穩(wěn)振型施加缺陷，缺陷值取為200mm，施加缺陷后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)13.9，如圖3所示。規(guī)范規(guī)定穩(wěn)定性系數(shù)限值4.2，該結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求。

3構(gòu)件穩(wěn)定

壓桿穩(wěn)定承載力偏保守的由公式計(jì)算得到，面外穩(wěn)定控制，計(jì)算長度取為橫隔的1.6倍。算例如下：

筆者對比了a完善結(jié)構(gòu)線性計(jì)算、b完善結(jié)構(gòu)非線性幾何大變形計(jì)算、c缺陷結(jié)構(gòu)非線性幾何大變形計(jì)算得到的構(gòu)件內(nèi)力。c的內(nèi)力比a大概10%。此結(jié)果也可說明規(guī)范算法顯著偏于安全，可能原因是外筒斜撐在面外也有一定角度，可提供一定面外支撐。

4構(gòu)件局部穩(wěn)定

構(gòu)件局部穩(wěn)定即為組成構(gòu)件板件的寬厚比驗(yàn)算，對于圓管來說，即為壁厚與管徑的比值。新鋼標(biāo)將寬厚比分為五個等級，S1～S5，其中S1為最高等級，對應(yīng)于全截面屈服時板件仍然不發(fā)生屈曲，S2等級對應(yīng)于截面部分屈服時板件發(fā)生屈曲，S3等級為截面屈服與板件屈曲同時發(fā)生，本案構(gòu)件寬厚比等級均為S1和S2，如下表所示：

5結(jié)束語

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定粗略包含以下三方面內(nèi)容：①結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，②構(gòu)件穩(wěn)定，及③構(gòu)件局部穩(wěn)定。在整體穩(wěn)定方面，對于本例特殊形狀的結(jié)構(gòu)，規(guī)范中僅有設(shè)計(jì)原則，未規(guī)定詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)參數(shù)。依據(jù)力學(xué)原理，采用ETABS進(jìn)行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算和設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定系數(shù)為13.9，遠(yuǎn)大于規(guī)范限值。此外，第3節(jié)、第4節(jié)介紹了構(gòu)件穩(wěn)定及局部穩(wěn)定的驗(yàn)算方法。經(jīng)計(jì)算，本結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性方面是安全的。

參考文獻(xiàn)

[1] Eurocode3：DesignofsteelstructuresPart1-1：Generalrulesandrulesfor Buildings.BSEN1993-1-1：2005.

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[3] 高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50135-2019）[S].中國計(jì)劃出版社，2019.