钢结构稳定问题是高层钢结构设计必须考虑的关键问题之一。钢结构稳定分析主要是计及二阶效应的结构极限承载力计算。二阶效应主要是指P-~效应和梁柱效应。高层钢结构一般不会由于竖向荷载引起结构整体失稳,但是当结构在风荷载或地震作用下产生水平位移时,竖向荷载产生的P-b.效应将使结构的稳定问题变得十分突出。尤其对于非对称结构,平移与扭转锢联,P-A效应会同时产生附加弯短和附加扭矩。如果由于侧移引起的内力的增加最终能与竖向荷载相平衡的话,结构是稳定的,否则结构将出现P-b.效应引起的整体失稳。
对于30层以下的高层钢结构建筑,侧向刚度一般较大,P -A效应并不显著,通常可以忽略不计。但随着建筑物层数的增加, p -b.效应会越来越显著,对于50层左右的高层钢结构建筑, p -b.效应产生的二阶内力和位移可达15%以上。因此,在高层钢结构房屋设计时,尽可能采用带P-b.效应分析功能的程序或能考虑P-b.效应的计算方法。
根据理论分析和实例计算,若将结构的层间位移、柱的轴压比和长细比限制在一定的范围内,就能控制二阶效应对结构极限承载力的影响。所以,《高层民用建筑钢结构技术规程》通过对结构层间位移、柱子的轴压比和长细比的限制,来考虑结构整体稳定问题。该规程规定,当高层建筑钢结构同时符合下列两个条件时,可不验算结构的整体稳定。其中,第一个条件主要考虑梁柱效应,第二个条件,主要考虑P-b.效应。
(1)结构各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式的要求当不满足上述要求时,需要对结构整体稳定性进行验算。研究表明,对于无侧移的结构,用有效长度法计算结构的整体稳定,可获得较好的精度,计算长度系数按附表11采用;但对于有侧移的结构,有效长度法偏于保守,因为它不能直接反映P-6.效应的影响。对于有支撑结构(钢支撑、剪力墙和核心筒等),可认为是无侧移的结构。无支撑的结构侧的有支撑结构,可认为是有侧移的结构,应按能反映二阶效应的方法验算结构的整体稳定。