刚度理在工程结构设计中的应用

[摘 要]在进行结构设计的时候,不仅要重视结构外部因素,同时对结构内部的刚度因素进行掌握.外部因素中所涉及到的力平衡、结构变形都是通过绝对刚度以及线刚度等诸多方面来体现.本文主要通过举例论述的方式,对刚度理论在工程结构设计中的具体应用进行简要分析,旨在为相关研究人员提供一份比较清晰的概念理论,并且掌握实际运用方式,获取最佳的经济效益.

[关 键 词]刚度理论；工程结构设计

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：2306-1499-（2014）11-0056-01

在结构设计的过程中,结构布置以及结构计算分析都属于比较重要的阶段,相关工作人员通常情况下都会注意到荷载数值以及生产数值的大小,重视重力概念,但是对于构建以及结构的抗变形能力关注程度不足,忽视了结构内部构件的内在联系以及相关刚度理念.但是在实际施工过程中,结构中力平衡以及变形等,都是从线刚度或者是构件之间的刚度大小上进行判断的,作为结构工程师必须对这方面提起足够的重视,全面理解刚度理论.

1.将刚度理念融入到设计中

建筑物的设计好坏,主要在于设计师对建筑刚度以及构件相对刚度的控制程度.设计人员在进行结构设计的时候,必须要对结构的布置以及构件截面两方面进行调整,调整的目的是寻找到一个比较合理的建筑结构刚度值.结构设计本质上的概念和规范都是围绕刚度进行的,本文将以高层结构为主要研究对象.楼层平面刚度属于无穷大结构,通过该结构可以得出测力构件内力.高层建筑的抗震结构属于一种刚性的结构,可以保证竖向构件在发生任何情况的是时候,承受到的水平力都是按照刚度进行分配的,这一点从模型以及真正的受力状态上都可以得到很好的体现.从这一角度出发进行设计,必然可以保证构建内力分析的正确性与准确性.与此相反,楼盖自身并不能形成无线刚度,楼层的大开洞口,就算是使用楼板变形计算程序对其进行计算,也不能保证竖向构件的内力.

侧向刚度的均匀连续变化结构的高度不会因为变形而产生突变.因为侧向刚度会产生均匀变化的现代高层建筑,整体上的变形曲线是比较光滑的,所以在建筑中的任何楼层位置都不会产生位移的突变,所以也就不会形成所谓的薄弱位置.这种建筑结构在建筑所在地区发生地震的时候,也不会发生建筑倒塌的情况,从而保证了住户自的人身安全,减少地震给建筑及生命财产带来的危害.但是侧向刚度会发生突变的高层建筑,在楼层发生突变的地方便会出现一个较为薄弱的环节,应力会比较集中,塑性变化量增大,所以这部分建筑会遭到地震的破坏.

结构主轴方向上的侧向刚度如果足够均衡,就可以对结构起到一个扭转的作用.主轴方向上的刚度均衡结构,如果多方向上的动力特性比较相近,则扭转效果不会太过明显,在发生地震或者是大风的时候,主轴的平动位置必然会占据上风,结构的变形比较简单,所以可以保证结构自身的安全性.在进行设计的时候,需要按照实际施工情况对抗震结构平面的长宽比进行比较,要保证建筑的侧面抗力构件分布足够均匀对称,并且所有的构件不可以分散.想要解决平面刚度突变,目前我国最为有效的方式就是设置一系列的抗震缝.在对高烈度区域的框架结构进行设计的时候,想要从根本上减少防震缝在发生碰撞时遭到的破坏,就必须要设置两道抗撞墙,并且这一方式的作用已经在实际工作中得到了有效的印证.

2.实际应用

在对建筑物的整体结构体系进行设计的时候,基本上随处都可以体现出刚度理论的应用.

在绝大部分人的印象当中,高层建筑之所以会出现,只可以代表这是一种比较新颖的建筑风格,但是实际上的情况却和这一观念有着比较明显的差别.高层建筑的高与宽的比例比较大,自身刚度较弱,但是设计人员是不可以通过降低建筑物的高度这一方式来提升建筑整体刚度的,那么就要借助其余楼与之进行连接,让单一的高层建筑物和别的建筑物形成一个整体,打造出一个全新连体的高层建筑.部分设计人员利用建筑物的这一特性,设计出了许多新颖的建筑.这一结构主要起到了稳定建筑物的作用,因为建筑物连体部分的刚度有着明显的提升,就会让建筑物整体的受力模式发生转变,从而提升建筑物的受力复杂程度,在这种情况下如果发生地震,地震给人们带来的伤害就会更大.刚度理论在工程结构设计中的实际应用主要体现在抗风抗震上,起初的刚度应用是从结构框架开始的,到后来不断的演变成剪力墙以及筒中筒或者是束筒结构等.近年来,建筑物的层数正在不断的增高,所以承受到的风力也越来越大,而且地震对建筑物的影响也越来越强烈,所以对建筑物的刚度要求也在不断的提升,所以近年来我国建筑物的刚度体系越来越大.

建筑的长宽比例以及高度与厚度的比例,从根本上体现出了设计时高层建筑对于刚度需求.高层建筑对于建筑结构单元平面上的长宽比以及竖向的高宽比都有比较明显的限制,其中体现的最为明显的就是建筑物在尺寸上的限制.刚度理论在板式构件当中也有比较明显的体现,矩形的平面扣板也可以按照刚度的不同,划分成单向楼板或者是双向楼板.但是在实际工作当中,两个方向的刚度在接近或者相近的时候,荷载便会进行双向传递,所以实际工作中,需要根据板的纵向或者是横向的刚度比,对其进行划分.

3.结束语

本文主要从刚度理论在建筑结构中的实际应用方面入手,先介绍了刚度理念的实际概念,将概念融入到实际施工中去,结合笔者自身的实际工作经验,对刚度理论在施工结构设计中的实际应用方式以及应用效果进行了简要分析,旨在为我国刚度理论与工程结构设计工作提供一份实际工作经验,给相关研究人员提供一份实际工作经验.