1、刚重比的概念以及其在高层钢结构中的应用一、刚重比的来源刚重比的要求在高规5.4.4 条， 钢规 、 抗规以及高钢规中没有刚重比限值的直接要求。二、刚重比的表达形式高规5.4.4 条：3、刚重比的意义可以结合高规5.4.1 条来理解。 高规5.4.1 条文以及条文说明如下：5.4.1 当高层建筑结构满足下列规定时，弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响。条文说明 5.4.4 结构整体稳定性是高层建筑结构设计的基本要求。研究表明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起
2、结构的失稳倒塌。结构的刚度和重力荷载之比（刚重比）是影响重力 P-效应的主要参数。如结构的刚重比满足本条公式(5.4.4-1)或(5.4.4-2)的规定，则在考虑结构弹性刚度折减 50的情况下，重力 P-效应仍可控制在 20之内，结构的稳定具有适宜的安全储备。若结构的刚重比进一步减小，则重力 P-效应将会呈非线性关系急剧增长，直至引起结构的整体失稳。在水平力作用下，高层建筑结构的稳定应满足本条的规定，不应再放松要求。如不满足本条的规定，应调整并增大结构的侧向刚度。当结构的设计水平力较小，如计算的楼层剪重比(楼层剪力与其上各层重力荷载代表值之和的比值)小于 0.02 时，结构刚度虽能满足水平位移
3、限值要求，但往往不能满足本条规定的稳定要求。条文说明 5.4.1 在水平力作用下，带有剪力墙或简体的高层建筑结构的变形形态为弯剪型，框架结构的变形形态为剪切型。计算分析表明，重力荷载在水平作用位移效应上引起的二阶效应(重力 P- 效应)有时比较严重。对混凝土结构，随着结构刚度的降低，重力二阶效应的不利影响呈非线性增长。因此，对结构的弹性刚度和重力荷载作用的关系应加以限制。本条公式使结构按弹性分析的二阶效应对结构内力、位移的增量控制在 5左右；考虑实际刚度折减 50时，结构内力增量控制在 10以内。如果结构满足本条要求，重力二阶效应的影响相对较小，可忽略不计。 从上述论述可以看出，刚重比之所以可
4、以表示结构的整体稳定性，是从控制结构的重力 P-效应在一定范围内来入手的。混凝土结构中，考虑了的混凝土的开裂引起的结构刚度折减 50%。以框架结构为例，简单推导一下刚重比限值的含义：第 i 楼层的弹性等效侧向刚度的定义为： ，式中 为该层的水平剪力，iiVDi为水平剪力作用下的层间位移。则式 5.4.4-2、5.4.1-2 可以转化为：i， ，其中 表示本层以上所有楼层的重0.52%iGVh0.51iGVhnjjiG量，取 1.2D+1.4L 的组合。式中 0.5 为考虑开裂的刚度折减，后面的百分数为保证率。可以看出， 表示水平剪力作用在楼层高度上的弯矩，主要的结构弯矩；iVh表示上部重量作用
5、在侧移上的附加弯矩，也就重力 P-效应。上面两个式子就是iG控制该比例在 10%（5.4.4 条验算刚重比也就是整体稳定时）和 5%（5.4.1 条验算是否考虑二阶效应时）。3、刚重比在高层钢结构中如何保证在高层钢结构中，刚重比作为反映整体稳定性一个重要参数，也应该得到有效保证。如果直接采用高规中的公式 5.4.4，则应注意钢结构不用考虑刚度折减 50%，因为这项折减是考虑了混凝土的开裂才引入的。从理论上讲，5.4.4 中的参数可以取为0.7 和 5。这一点可以从钢规3.2.8 条得到印证。钢规3.2.8 条：以框架结构为例，从物理意义上，钢规3.2.8 中的 与高规中NuHh一致。可以看出，
6、钢规中当 时才考虑二阶效应的计算，而iGVh0.1NuHh高规中针对混凝土结构 就要考虑二阶效应了。可见钢结构比混凝土结0.5iGVh构要求要低，这是有钢结构的强度高、延性好等特性决定的。再看钢规3.2.8 下面的注 1：当 ，也就是 才通过2.3i0.25NuHh增加结构刚度或体系来保证整体稳定性， 在 0.10.25 之间都可以通过考虑Nuh二阶效应来解决，不用改变结构。高规中混凝土结构中该值为 0.1（见 5.4.4 条文说明）。更详细的信息也可以参看钢规3.2.8 条文说明，这里不再引述。综上所述，钢结构的刚重比如果采用高规5.4.4 中的参数表达，则可以放宽至其取值的一半，甚至 0.4 倍。刚重比仅有一点不满足，应该问题不大。
