应用于工程结构设计中的刚度理论分析

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1、应用于工程结构设计中的刚度理论分析柳州市建筑设计科学研究院广丙柳州545001摘要：刚度是指产生单位变形括位移、转角等）所需施加的力，也就是能限制作用力产生变形的性质，在工程结构应用中有重要体现。在结构设计与优化中，可应用刚度理论对结构进行整体布置，精确地进行结构分析，尽可能减少结构可能产生的不安全因素，确保结构受力合理并节约资源。木论文主要内容伍括：刚度理论的基木概念，在设计过程中刚度概念的应用，刚度概念在构件设计中的体现等。关键词：刚度；结构设计；荷载0前言工程结构的设计是否合理，首先在于结构的整体刚度，结构

2、刚度的分布和构件中的相对刚度控制得是否适当也很重要。设计人员进行结构的布置和构件截面的调整，目的都是设计合理的结构刚度，因此刚度的概念体现在结构设计的全过程。1在设计过程中刚度概念的应用1.1高宽比、宽比的限值提高结构的刚度可减小结构的位移，提高结构的有效宽度可以抵抗倾覆力矩，减小侧向位移，建筑物的平面讼度不宜过讼，长度较大的楼板，在平面内会产生扭转和挠曲，导致与假设为无限刚性的条件不符，为避免这些变形造成的复杂应力，有必要对建筑物的度进行一定范围的限制。如图1-1所示，结构平面的长宽比为A/B,竖向高宽比为H/

3、B。图1结构平面的宽比和高宽比《高层建筑混凝土结构技术规程》OG」3-2010）对结构的高宽比H/B和结构平面的长宽比A/B均作了限制，实质上是对结构整体刚度的控制，包括整体刚度的大小和均衡。限制高层建筑的高宽比也是为了减小高层建筑在水平力作用下发生倾覆和在水平竖向力作用下丧失整体稳定的可能性，高宽比限值通常是经验性的限值，通常情况下，符合高宽比限值要求的建筑物一般容易满足侧移限值。在结构布置吋，尽可能把抗倾覆的竖向构件布置在结构平面的最外缘，不设内柱，很大程度上可减小由于倾覆作用产生的内力，从而增强结构抵抗位移

4、和侧向力的能力。1.2楼层平面刚度楼盖对于结构的整体性有非常重要的作用，楼盖在整体结构中相当于水平隔板，不仅要传递水平力到结构各个竖向抗侧力构件，而且协冋这些竖向抗侧力构件共同工作，楼盖体系就是要提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向抗侧力构件安全有效的连接。高层结构的楼盖是刚度非常大的，这样可以保证结构的竖向构件所承受的水平力按抗侧力构件的刚度进行分配。若把楼盖没有做成刚度无穷大，比如楼板上开洞比较大，设计中很难准确掌握其各竖向构件内力的大小。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定“进行高层建

5、筑位移和内力计算吋，可假定楼板在平面内为刚度无穷大，因此需要采取一定的措施确保楼板平面内整体刚度，当楼板发生明显的面内变形时，设计中应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内刚度无穷大的假定的计算结果进行适当调整。”13结构的侧向刚度沿高度均匀连续变化对于侧向刚度的均匀连续变化的高层建筑来说，其整体变形曲线是光滑的，基本在任何楼层中都不会产生位移突变，就不会产生楼层的薄弱层，而对于楼层刚度突变的建筑物，容易在楼层刚度突变的位置形成应力集中，形成薄弱层，在地震作用下很容易产生破坏。高层建筑中有吋需设置转换层，设置转换层尽

6、可能在低层设置，而且要避免转换层的上下层刚度发生突变，保证刚度的连续性,尽可能不产生薄弱部位。在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定：对底部1-2层人空间的剪力墙结构，要求转换层的上下层的剪切刚度比Y应接近1，非抗震设计吋的丫成小于3，抗震设计吋的丫应小于2。1.4剪力墙的连梁尺寸对剪力墙刚度的影响在框架剪力墙结构体系中，由于设置在结构中的剪力墙是少量，而且分散布置的，这样形成的结构的整体刚度比较小，为了在一定程度上增强结构的整体刚度，布置一些剪力墙并使其成为抗侧力的主要构件，在《高层建筑混

7、凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定：一、二级抗震剪力墙的洞U连梁跨高比不宜大于5,且梁截面的高度不宜小于400mm，连梁的刚度不应太小；而在剪力墙结构体系中，剪力墙的数量较多而i成片相对集中地布置，这样形成的结构整体刚度非常大，在遭受地震作用吋，结构吸收大量的地震能量，对结构受力不利，结构的造价也会比较高，经济上不合理，规范中规定：将一道抗震剪力墙分成长度均匀的若干个墙段，洞口连梁的跨高比宜大于6,就是要求连梁的刚度不宜太大。因此在一定程度上控制剪力墙的连梁刚度，可以调整结构的整体刚度并使开洞剪力墙发

8、挥更大的抗侧力作用。2刚度概念在构件设汁中的体现在框架结构柱构件的布置中，柱子截面高宽比和截面尺•、」*的不冋将在两个主轴方向产生很大的刚度差异，结构设计中有必要利用这一特征来适当调整结构两向刚度的均衡。2.1刚度概念在板式构件中的体现矩形平面楼盖按照两向刚度比分为双向板与单向板，在计算四边支撑的楼板吋，应该按楼板的长宽比将楼板进行划分：当长/宽>2吋，楼板上的荷载