分析結構設計中剛度理論的作用和體

【摘要】針對建筑結構設計中剛度理論的應用，以梁構件和板式構件為例，對剛度理論的應用作用與體現，做了簡單的論述。從建筑工程結構設計實際效果來說，剛度理論的運用，能夠起到優化結構設計的作用。為達到上述效果，需要設計人員充分運用剛度理論知識，靈活運用各類設計手段。

【關鍵詞】結構設計；剛度理論；梁構件；板式構件

現階段，建筑設計標準不斷提高，尤其是結構性能，使得設計人員更加注重結構與構件的性能分析。從理論上來說，結構與構件變形協調與內力，通常是依靠構件之間的相對剛度而實現，因此若想提高建筑物的抗震性與風力承載性能，則必須注重剛度的作用。

1 、剛度理論運用的必要性

從建筑性能角度來說，判斷其好壞的標準，主要是從結構剛度和建筑構件的相對剛度角度分析，看其是否合理。在設計時，進行結構布置與構件截面調整，主要是為了確保結構剛度能夠達到相關要求。基于此，在結構設計時，要強化剛度理論運用的意識，按照設計概念與規范，以保障設計的效果。

2 、結構設計中的剛度理論的作用

2.1 提高建筑抗震性能

以高層建筑為例，若為側向連續均勻變化，建筑整體曲線較為光滑。如此，建筑各樓層均不會發生位移突變問題，剛度較為理想，即使是遇到地震情況，也不會出現倒塌現象。若建筑存在突變情況，則剛度突變點為薄弱點。在薄弱區域應力相對集中，極易產生塑性變形，當遇到強烈地震時，極易受損壞，發生倒塌，造成極大的損失。若高層建筑中設置了轉換層，要選擇低位轉換層。同時在轉換層的上下層內，要確保剛度的連續性。按照相關規定，建筑底部的1-2層大空間的剪力強結構，將轉換層的剪切剛度給控制在1左右；若為非抗震設計，則控制為≤3；若為抗震設計，則控制為≤2。考慮到厚板轉換結構，其轉換層上下層的變形曲線，受到力的作用，極易發生突變。基于此，不建議使用厚板轉換層[1]。

2.2 實現側向剛度均衡，能夠避免結構扭轉

以結構主軸方向為例，側向剛度均衡，能夠抑制結構扭轉效應。此類結構特征較為相似，尤其是兩個或以上個數的方向動力特征，若發生扭轉效應，通過表面判斷，難以及時發現。若遇到地震或強風，結構安全性能較好。基于此，開展結構設計，對抗震結構，要求平面長寬比要小。同時要保證抗側力構件要均勻、對稱分布，確保建筑的安全性。若能夠保證建筑結構主軸方向側向剛度平衡，能夠避免發生扭轉。

2.3 確保構件內力的精準性

以剛性高層抗震結構為例，從計算數學角度來說，豎向構件所承受的水平力，要按照抗側力剛度進行分配。基于此理論，開展結構設計，能夠獲得不錯的效果，不僅可保證建筑的安全性，還能夠確保構件內力的精準性，避免安全隱患。

3 、結構設計中的剛度理論作用與具體體現

3.1 柱構件

框架結構中，對于柱構件的布置，其截面高度與寬度比值差異，在柱子方向的擺向，剛度差異角度。除此之外，梁界面尺寸對側向剛度，也有著不同程度的影響。基于此，開展結構設計，可運用此特性，實現上兩項剛度的均衡。以某工程為例，其為辦公建筑，總計5層，采用大開間。基于剛度理論，為確保結構剛度，樓面與屋面等，采用現澆結構，基礎為柱下獨立基礎。框架結構設計內容如下：1）通過框架梁截面尺寸估算與框架柱截面尺寸估算，柱截面尺寸選為500×500mm。2）框架梁柱的線剛度計算簡圖如圖1所示，底層柱線剛度為3.26×104kN·m；其它層柱線剛度為4.34×104kN·m。3）柱自重為6.25kN/m。從建筑質量檢測情況來說，能夠達到抗震要求。從使用情況來看，建筑結構的抗震性能較好。總體來說，為確保框架結構的剛度合理性，要結合實際情況，按照抗震性能要求，精準計算。

3.2 梁構件

總體來說，剛度理論在建筑結構中的梁構件中的作用體現如下：

1）利用多跨次梁計算簡圖，如上述圖1所示，能夠使得支座主梁剛度達到設計強度。樓蓋中，需要明確次梁計算簡圖，則需要分項分析支座。因為支座沉陷時，其受力會減小，因此除了要注重計算結果外，還需要做好配筋量分析。

2）若樓層封口梁剛度能夠達到要求，則可以改變傳力路徑。在設計時，可以將樓層封口梁支承在框架懸臂梁中，不同的懸臂梁會分走荷載。但由于封口梁的剛度較大，樓層懸臂梁的剛度比框架懸臂梁小。如此，極易造成封口梁的荷載全部傳遞框架懸臂梁。基于此，由于框架懸臂梁的配筋少，所以可能會增加安全風險[2]。

3）基于剛度理論，平衡交叉梁傳力關系，進而保障建筑性能。交叉梁也有荷載，荷載的傳遞，要按照方向梁的線剛度比，若兩項梁跨度值相同，則二者共同承擔荷載。若跨度值差距較大，則剛度差別也會比較大，荷載則由剛度大的梁承擔，使得交叉梁的傳力關系，轉變了主次梁關系。

4）基于剛度值，由角部相交邊梁來承擔荷載。通常情況下，建筑物中角部相交邊梁截面積相同，若剛度值接近，則變為雙向雙懸臂梁關系，此時能夠平分荷載。若剛度不同，則可看作為主次梁關系。若剛度相差不大，則由長跨度梁承受力。需要注意的是，在進行設計時，從安全角度考慮，要按照支承關系來計算，并且配筋。對雙懸臂，則可適當的增加長向梁的底筋數量。對主次梁，則可適當的增加長向梁面筋數量。

3.3 墻構件

剛度理論在建筑結構墻構件中有所體現。豎向構件平面內，剪力墻剛度一般大于柱的剛度。基于此，在進行布置時，若存在剪力墻結構，則需要融合剛度理念，來提升設計質量。總的來說，剛度理論的運用，要貫穿建筑結構設計的全過程，做好全面分析與把控，以保障建筑結構的性能[3]。

結語：

綜上所述，實現側向剛度均衡，能夠避免結構扭轉；運用剛度理念，能夠確保構件內力的精準性，提高建筑設計質量。剛度理論的應用，發揮著積極的作用，從墻構件、梁構件、柱構件等方面，做了簡單的論述。

參考文獻：

[1]徐鐵山，劉華麗.剛度理論在結構設計中的作用和體現[J/OL].工程技術研究，2017（09）：232-233.

[2]徐鐵山，劉華麗.剛度理論在結構設計中的作用和體現[J/OL].工程技術研究，2017（09）：232-233.

[3]鄭瓛.分析剛度理論在結構設計中的作用和體現[J].中國戰略新興產業，2017（24）：164.

作者簡介：

劉波（1982.10--）男，湖南長沙，工程師，本科，主要從事建筑結構設計審核方面。