新疆某电视塔结构稳定性设计思考

2020-10-09 11:25曹海韵
建筑与装饰 2020年26期
关键词:钢结构稳定性

曹海韵

摘 要 在电视塔类高耸建筑通常为结构外露建筑。结构设计质量对建筑效果有较大影响。稳定性问题在高耸结构中较为突出,构件布置及截面均受稳定性影响。本文以新疆某电视塔为例,介绍了高耸结构稳定性设计的方法,及其在ETABS软件中的实现。

关键词 高耸结构;钢结构;稳定性;ETABS

引言

稳定问题是钢结构设计中重要普遍的问题,我国规范[1-3]对结构稳定性设计方法均有规定。对于常规结构,可按照规范条文,采用常用设计软件进行设计,但对于特殊结构。规范中仅有设计原则,并未规定详细的设计方法及设计参数。这种情况下,需依据力学原理,进行特殊的计算和设计。

1案例

本文电视塔算例效果图见图1、图2,塔高109m,底部直径15m,中部外筒直径6m。上部有五瓣花造型,顶部天线高度约20m,全部采用钢材制造。

2稳定性分析内容

稳定性包括以下三方面内容:①结构整体稳定,②构件稳定,及③构件局部稳定。后两条均为常规设计,本文重点讨论第一条。采用的方法为:在ETABS软件中建立结构模型,采用特征值方法计算结构整体稳定性。先输入稳定计算时施加的荷载,再在程序中进行稳定性分析(Bucking)。

结构整体稳定分析采用GILA(几何非线性、缺陷、弹性材料)方法,先计算无缺陷结果,再计算缺陷结果。无缺陷稳定系数为18.9。可通过失稳振型施加缺陷,缺陷值取为200mm,施加缺陷后结构稳定系数13.9,如图3所示。规范规定稳定性系数限值4.2,该结构整体稳定性满足要求。

3构件稳定

压杆稳定承载力偏保守的由公式计算得到,面外稳定控制,计算长度取为横隔的1.6倍。算例如下:

笔者对比了a完善结构线性计算、b完善结构非线性几何大变形计算、c缺陷结构非线性几何大变形计算得到的构件内力。c的内力比a大概10%。此结果也可说明规范算法显著偏于安全,可能原因是外筒斜撑在面外也有一定角度,可提供一定面外支撑。

4构件局部稳定

构件局部稳定即为组成构件板件的宽厚比验算,对于圆管来说,即为壁厚与管径的比值。新钢标将宽厚比分为五个等级,S1~S5,其中S1为最高等级,对应于全截面屈服时板件仍然不发生屈曲,S2等级对应于截面部分屈服时板件发生屈曲,S3等级为截面屈服与板件屈曲同时发生,本案构件宽厚比等级均为S1和S2,如下表所示:

5结束语

結构稳定粗略包含以下三方面内容:①结构整体稳定,②构件稳定,及③构件局部稳定。在整体稳定方面,对于本例特殊形状的结构,规范中仅有设计原则,未规定详细的设计方法及设计参数。依据力学原理,采用ETABS进行了结构稳定性计算和设计。分析结果表明:结构整体稳定系数为13.9,远大于规范限值。此外,第3节、第4节介绍了构件稳定及局部稳定的验算方法。经计算,本结构在稳定性方面是安全的。

参考文献

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

[2] 钢结构设计标准(GB50017-2017)[S].中国建筑工业出版社,2017.

[3] 高耸结构设计标准(GB50135-2019)[S].中国计划出版社,2019.

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