摘要：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有兩大因素比較重要。一個(gè)是外在因素“力”，另一個(gè)是內(nèi)在因素剛度。這兩者在設(shè)計(jì)中都非常重要，缺一不可。但對(duì)于力而言，盡管牽涉到力學(xué)方面的平衡、協(xié)調(diào)構(gòu)建變形、構(gòu)件內(nèi)力，但是這些方面都是通過剛度來進(jìn)行具體體現(xiàn)的。文章通過對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中、整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)建中的剛度理論進(jìn)行探究，以期為廣大的研究者提供參考。

關(guān)鍵詞：剛度理論；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的布置和分析當(dāng)中，設(shè)計(jì)師一般會(huì)對(duì)“力”更加重視。正因如此，有時(shí)候會(huì)忽視了結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的變形能力等。通常說來，其變形協(xié)調(diào)和內(nèi)力，一般都由改善連接構(gòu)件間的相對(duì)剛度來完成。要想使得建筑物在使用過程中承受風(fēng)力或者地震的影響，就必須重視剛度在設(shè)計(jì)中的作用。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的剛度理論

通常情形下，對(duì)于建筑物而言。判斷其好還是不好的標(biāo)準(zhǔn)，往往就要看它結(jié)構(gòu)方面剛度與構(gòu)件的相對(duì)剛度控制合不合理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)建截面進(jìn)行調(diào)整，為的就是要使結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)到相關(guān)要求。只是在設(shè)計(jì)當(dāng)中，這方面的意識(shí)有多強(qiáng)，是以設(shè)計(jì)的基本概念和規(guī)范來體現(xiàn)的。比如，在高層建筑中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程，都離不開剛度概念。

1.1側(cè)方向變化的結(jié)構(gòu)

在高層建筑當(dāng)中，如果是側(cè)方向的連續(xù)均勻變化，其整體曲線是比較光滑的。這種情形下，不管在哪一個(gè)樓層，都沒有位移突變的存在，這也使其不會(huì)有薄弱的地方。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)而言，其剛度非常理想，就算是高層建筑遭遇地震。也不會(huì)發(fā)生倒塌現(xiàn)象，對(duì)人們的生命才財(cái)產(chǎn)安全也就不會(huì)有嚴(yán)重威脅了。但是，如果是另外一種情況的話，在有發(fā)生突變現(xiàn)象的高層建筑中，在剛度發(fā)生突變的地方，就會(huì)形成較為薄弱的地方。在這個(gè)區(qū)域，盈利比較集中，塑性可能會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的變形。這種情形下，一旦遭遇地震等強(qiáng)烈的震動(dòng)，就可能受到破壞，甚至是倒塌，引起重大損失。如果高層建筑中具備轉(zhuǎn)換層，要求是低位轉(zhuǎn)換層，不應(yīng)為高位轉(zhuǎn)換層。并且，在轉(zhuǎn)換層的上下層中，其抗側(cè)剛度應(yīng)當(dāng)具備良好的連續(xù)性，而非突變性。所以按照相關(guān)的規(guī)范規(guī)定，其底部的一至二層大空間的剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上下層的剪切剛度應(yīng)當(dāng)與1相接近,如果屬于非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，那就應(yīng)當(dāng)小于等于3，而抗震設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)小于等于2。對(duì)于后半轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層來說，上下層變形曲線也會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。所以，厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)通常不會(huì)被采用。

1.2結(jié)構(gòu)主軸方向的側(cè)向剛度均衡

對(duì)于這種均衡來說，它能夠?qū)�結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)起到良好的抑制作用。這種結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向或多個(gè)方向動(dòng)力的特征比較相似，發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在表面看來并不是很明顯。一旦遇上地震，或者是強(qiáng)風(fēng)，結(jié)構(gòu)的主軸平動(dòng)仍然具有優(yōu)勢(shì)，變形也較為簡(jiǎn)單，這對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能來說是非常好的。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)的要求方面，其平面長(zhǎng)度和寬度的比值較小，兩方向的抗側(cè)力構(gòu)件一定要均勻、分散、對(duì)稱分布，這才能保證高層建筑在使用中的安全性能。

1.3平面剛度無窮大的結(jié)構(gòu)

對(duì)于剛性高層抗震結(jié)構(gòu)來說，可以使豎向構(gòu)件承受的水平力按照抗側(cè)力剛度分配，這從計(jì)算數(shù)學(xué)模型中能夠得到證實(shí)。通過這樣的理論來對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終能夠得到很好的效果，使得高層建筑的安全性能夠得到很好的保證，分析構(gòu)建的內(nèi)力也會(huì)較為精準(zhǔn)。否則，樓蓋可能因?yàn)闆]有具備無限剛性而留下隱患。例如在高層建筑當(dāng)中，樓層的凹凸或者打開洞口既深且長(zhǎng)，就算是使用相應(yīng)的變形程序來對(duì)它進(jìn)行計(jì)算，也極有可能無法精確地知道書香構(gòu)建的內(nèi)力是多少。這種情形使得結(jié)構(gòu)工程師希望在建筑過程中，建筑師能夠根據(jù)他的意愿，使樓面變?yōu)閯傂浴＜词挂驗(yàn)槟承┰�因無法實(shí)現(xiàn)，也要最大限度地接近剛性。

1.4防震縫的設(shè)計(jì)

盡管某些建筑平面的使用功能已經(jīng)非常良好，但是還會(huì)存在薄弱的地方。在這些薄弱的地方，其平面剛度會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。就算使用比較精準(zhǔn)的電算程序來計(jì)算，或者采取其他一些措施來進(jìn)行彌補(bǔ)，都沒辦法使薄弱地方的構(gòu)件抗震作用加強(qiáng)，也沒法使其抗變形能力增強(qiáng)。這種情況下，就需要設(shè)置防震縫，以便能夠從這個(gè)薄弱位置著手，把建筑物分成比較獨(dú)立的單元結(jié)構(gòu)。某些框架結(jié)構(gòu)處于高烈度區(qū)域，可以在其量變?cè)O(shè)置抗裝墻，這能夠使防震縫的破壞程度減小到最低程度，并且能夠很好地應(yīng)對(duì)平面剛度的突變。

2整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)建中的剛度理論

2.1柱構(gòu)件中的剛度概念

在框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，柱構(gòu)件布置時(shí)，柱子界面的高度和寬度之比有著不同的取值，也就是說，其界面的尺寸不同，在兩個(gè)柱子方向的擺向?qū)��?huì)產(chǎn)生較大的剛度差異。同時(shí)，兩個(gè)方向的梁，其界面的尺寸大小，也會(huì)對(duì)側(cè)向剛度的強(qiáng)弱產(chǎn)生一定影響。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要將這個(gè)特性應(yīng)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中，借此實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)剛度達(dá)到均衡。比方說，在某個(gè)建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其平面的尺寸是AB幾乎相等，則h和b也幾乎相等，柱子就需要按照這個(gè)理論來進(jìn)行布置。如果建筑平面是屬于長(zhǎng)方形，而兩項(xiàng)側(cè)向剛度又有一定的差別。想要使得B向剛度符合要求，就應(yīng)當(dāng)要按照h和b的較大比值來進(jìn)行設(shè)計(jì)安排。同時(shí)，h和B是平行的，不能夠相反。不然的話，整體剛度的差距就會(huì)拉大，對(duì)于防風(fēng)和抗震來說，都是非常不利的（見圖1）。這種情況在筒中筒結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)的高層建筑中體現(xiàn)得較為明顯�？蚣芡�體結(jié)構(gòu)中，其側(cè)向剛度是各榀框架-剪力墻來組成的。所以，外框架柱的h向要同其計(jì)算方向想平行才能夠滿足要求。

2.2剪力墻構(gòu)件里的剛度概念

在豎向構(gòu)建的剛度方面，柱要遠(yuǎn)低于剪力墻。所以，布置結(jié)構(gòu)的時(shí)候，剪力墻的數(shù)量、位置、形狀和截面尺寸等方面，都在一定程度上影響到結(jié)構(gòu)剛度。在這個(gè)過程中，剛度得到了相當(dāng)充分地體現(xiàn)。從剛度方面來看，將力強(qiáng)應(yīng)當(dāng)具備一定的數(shù)量才算合理。這種合理性通常指的是剪力墻的數(shù)量不能夠過少，如果跟設(shè)計(jì)要求不符合，就可能導(dǎo)致建筑物不能夠防風(fēng)和防震，這是設(shè)計(jì)的大忌。同時(shí)，剪力墻的數(shù)量也不能夠過多，否則可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的剛度過大，會(huì)影響建筑的抗震性能，這也會(huì)使工程成本提升。因此，剪力墻的數(shù)量要合理。

2.3構(gòu)建相互作用中的剛度概念體現(xiàn)

（1）樓板和梁相連，梁的剛度決定板邊界。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中，梁截面的形狀由舉行變?yōu)長(zhǎng)或T形。這使其抗彎剛度和抗扭剛度都在很大程度上增強(qiáng)了。在對(duì)其進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，就是依靠這個(gè)原理來分辨邊、中跨梁剛度增大系數(shù)的。對(duì)于梁的抗扭剛度來說，板的邊界條件受到抗扭剛度大小的嚴(yán)重影響。如此一來，如果抗扭剛度較大，半跨中的彎矩和撓度就會(huì)很小，反之就會(huì)很大。

（2）樓蓋和縱向抗震墻的剛度。在多層或高層剪力墻結(jié)構(gòu)、多層砌體房屋結(jié)構(gòu)當(dāng)中，抗震強(qiáng)的發(fā)揮受到了樓蓋剛度的影響�？拐饓Τ惺苤�一定的水平剪力，這依靠樓蓋的傳遞才能得以實(shí)現(xiàn)、所以，樓蓋的剛度必須符合一定的要求。在宏觀意義上來對(duì)此進(jìn)行衡量，對(duì)抗震墻的間距應(yīng)當(dāng)有所控制。這個(gè)間距不能夠過大，否則的話，可能因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚴强拐鹦Ч�大打折扣。如果建筑物比較長(zhǎng)，又是長(zhǎng)方形的。監(jiān)獄樓面的混凝土收縮、溫度等方面的應(yīng)力作用，對(duì)樓層產(chǎn)生的影響比較明顯。這個(gè)時(shí)候，一旦在縱長(zhǎng)方向的抗震墻對(duì)樓蓋影響過強(qiáng)，就可能導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

3結(jié)束語

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，必須要使其結(jié)構(gòu)復(fù)合安全的要求，這是最重要的前提條件，也是成本控制的要求。想要實(shí)現(xiàn)這樣的要求，就必須在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，圍繞“力”這個(gè)因素來進(jìn)行。不過，僅僅這樣是不夠的，因?yàn)?ldquo;力”不是是影響結(jié)構(gòu)的外在條件。還需要結(jié)合剛度理論知識(shí)，在設(shè)計(jì)當(dāng)中處處考慮剛度因素所帶來的影響，用較為靈活的手段應(yīng)對(duì)，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能起到良好的推動(dòng)作用。

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