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应用于工程结构设计中刚度理论研究 摘要：刚度指的是单位变形所需要的里的大小，包 括位移及转角等变化，是对作用力产生变形的限制，也是工 程结构的内在本质，刚度理论在工程结构设计中的合理运 用，能对工程结构整体形成一个宏观的控制，对结构进行定 性定量的分析，对不安全因素做到避免或及时排除，使得受 力合理，并且对经济效益提供保障。设计师在进行结构设计 时，就需要根据工程的实际情况，对刚度理论进行具体的分 析，寻求合理运用的方法，以迖到社会效益和经济效益的共 同提高。 关键词：结构设计；刚度理论；概念设计 1引言 结构设计包括结构布置、结构计算分析两个阶段，一般 而言，设计人员会对“力”的概念，即荷载的产生极其数值 的大小予以更多的重视，而忽视了结构或构建对外力抵抗的 变形能力。刚度是一个反映构件内在联系、影响构件内力及 变形相互关系的概念，因此，工程设计师必须对钢结构予以 足够的重视，熟练运用相关知识，在结构设计中做到对刚度 理论的合理和灵活运用，避免不安全因素，消除结构隐患， 保证构件和整体结构的荷载力，在保证质量的前提下，同时 追求工作效率的提高和经济效益的最大化。 2刚度理论概述 刚度概念往往贯穿于整个结构设计的始终，刚度构件和 相对刚度控制的好坏直接影响了建筑物结构设计的优劣，结 构设计中的结构布置和构件截面调整都是为了寻求一种相 对合理的结构刚度，以高层建筑的抗震结构为例，肯容易看 出： 一般的工程结构设计流程如下：弹性刚度 内力分 析__构件塑性设计一正常使用极限状态验算。仅仅在“正 常使用极限状态验算”下使用配筋后的构件真实刚度来计 算，弹性刚度和考虑混合材料后的真实刚度是不同的。而且， 绝大部分软件都是仅对构件截面刚度，而不是体系真实刚度 进行验算。如：框架中的梁，计算刚度时的“混凝土有效抗 拉截面”取值，基本上没考虑翼缘的影响，造成大部分框架 梁梁端裂缝计算过大，进而影响配筋。 根据相关章程的规定，刚度折减与考虑配筋后的截面刚 度不是一个概念，它仅针对考虑二阶效应的弯压构件有关， 是种数据向结果的模拟，而混合材料刚度与弹性刚度的不同 是因为材料因素。 考虑配筋率对截面刚度的影响，其实就是考虑配筋对结 构弹性刚度的影响。此时可以采用三轮计算法： (1)弹性刚度 内力分析1 构件塑性设计 正 常使用极限状态验算(调整配筋) （2）调整后刚度（拟刚度） 内力分析2 构件验 算（调整） 正常使用极限状态验算（调整） （3）真实刚度__内力分析__构件验算__正常使 用极限状态验算 完成 3刚度理论在结构设计中的体现 刚度理论时刻指导着结构体系的确定和单一构件的设 计，因此，设计时必须对刚度理论予以足够的重视，才能将 结构安全和安全度控制在一个合理的范围内，同时又保证迗 到预期的经济效益。想要做到这一点，就必须是的刚度理论 贯穿于整个施工过程的始终，仅从施工图设计阶段来运用时 远远不够的，因此，在建筑方案和初步设计阶段就应该将结 构刚度理论运用其中，设计师必须具有一定的结构刚度理论 知识，设计出始终如一的结构设计建筑，仅靠后期的补救是 无法建设出优秀的建筑的，尤其在高层和超高建筑中，刚度 理论的由始至终更加起到重要作用。 一般而言，参加设计的结构工程师都具有较为强烈的刚 度理论观念，工作中如能积极配合建筑师的创作，就能够创 造出建筑与结构相结合的优秀的建筑作品。 刚度理论在整体结构和单一构件设计中的重要作用主 要可以体现在以下方面： 3.1结构体系的演变是结构整体刚度要求的体现 以钢筋混凝土结构为例，社会发展中，建筑高度也不断 增加，对其防风抗震级别也不断提出新的要求，结构体系也 随之产生了一定的变革，又传统的纯框架结构，演变出框剪、 剪力墙等结构，随着结构层数的增多，风荷载和地震反应也 越来越大，因此对结构整体的刚度要求也就越高，越来越大 的结构体系也就应运而生。 3.2长宽比、高宽比的限值是对高层建筑结构宏观刚度 要求的体现 高层建筑对结构单元平面的长宽比A/B,竖向的高宽比 H/B皆有一定的限制，表面上看是对港城建筑体型尺寸的限 制，即对宏观三位空间尺寸的限制，而实质上却是对结构整 体，包括整体刚度的大小和平衡进行的宏观控制，通过这一 控制实现建筑方案设计阶段的设计雏形在结构设计中的具 体实施。并尽可能的为合理的创造效果创造条件。 3. 3连体高层建筑是结构对整体刚度的要求 人们同城将连体高层建筑看作是一种新兴的建筑风格， 实际上，由于单层高塔的建筑高宽比太大，刚度不足，设计 者和投资者又无法降低高度或增加宽度以达到整体刚度的 提高，这样就只能借助于两座塔楼直接的某一部分相连接， 使得相互独立的两座塔楼形成相互依傍的形势，而获取较大 的刚度，这就促成了连体高层建筑的产生。这种建筑的连体 结构自然而然的起到了结构稳定的