高层钢结构外筒结构剪力滞后效应的产生原因

2025-09-17 08:51 高层钢结构 西安钢结构

　　剪力滞后效应是高层钢结构外筒设计中不可忽视的关键力学现象，其产生根源与结构特性、荷载作用形式及材料力学行为密切相关。高层钢结构外筒通常由密柱深梁构成，在水平荷载下，翼缘框架的应力分布会出现严重不均现象，角柱应力远大于中间柱应力。这种效应的产生主要源于以下原因：

（剪力滞后效应的产生原因）

　　一、翼缘框架的剪切变形

　　高层钢结构外筒的翼缘框架在传递轴力时，连接梁会发生剪切变形。水平荷载通过腹板框架传递至翼缘框架时，轴力需通过梁柱节点逐步传递。由于梁的剪切刚度有限，力从角柱向中间柱传递过程中逐渐衰减，导致中间柱轴力减小，角柱轴力集中，形成“应力滞后”。

　　二、外筒的平面变形特性

　　高层钢结构外筒并非完全刚性。在水平荷载作用下，翼缘框架会发生平面内的剪切变形和弯曲变形，导致框架中各柱的轴向变形不一致。靠近角部的柱变形较大，而中部柱变形较小，进一步加剧了应力分布的不均匀性。

　　三、剪力传递路径的延迟

　　高层钢结构外筒中，剪力主要通过梁柱节点传递。由于梁的弯曲和剪切柔度，力的传递存在相位差，导致翼缘框架中各柱不能同时达到最大应力状态，角部应力响应快于中部，产生典型的“滞后”现象。

　　四、结构几何特性的影响

　　高层钢结构的简形外筒具有较大宽高比。水平荷载作用下，翼缘框架的应力分布受到结构整体弯曲的制约。外筒作为整体受弯时，翼缘本应均匀受拉或受压，但因剪切变形的存在，破坏了平截面假定的成立条件，导致应力重新分布。

　　五、材料与连接特性

　　钢结构本身的材料特性也影响剪力滞后效应。钢材的弹性模量虽大，但在高层钢结构中外筒框架的节点连接区域可能存在一定的柔性，加剧了应力传递的不均匀性。

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