摘要：在结构设计过程中，不只是需要关注属于结构外部要素的：“力”还必须把控好属于结构内在要素的“刚度”。借助相应的实例，阐述且研究刚度理论在整体结构与单一构件中的情况，进而体现出刚度理论在结构设计过程中所发挥的关键作用。
关健词：结构设计；力；刚度；概念设计
在结构设计阶段中结构布局与结构运算研究时期，通常的设计从业者重视的是承载的出现与参数的大小，和十分重视力的定义，通常会忽略结构和构件抵抗外力的变形水平、体现结构构件内在关联、影响构件内力及变形相互关系的刚度理论。事实上，结构中力的平衡、变形的协调以及由此产生的构件内力都是通过构件自身的线刚度以及连接构件之间的相对刚度的大小来体现的。结构设计人员应该十分关注、完全了解结构刚度概念。
1刚度概念贯穿于结构设计的全过程
建筑物的结构设计优良与否，主要是由结构的整体刚度与构件的相对刚度控制质量发挥决定性作用。本文主要是以高层抗震结构作为实例，刚度理论存在于结构设计的全阶段。
（1）楼层平面刚度无穷大的结构能够十分正确的获得不同抗侧力构件的内力。高层抗震建筑有着刚性的特征，就可以确保结构的竖向构件所负荷的水平力是根据其抗侧力刚度配置的，从结构研究的数学模型假定到结构的真正受力情况均能够体现该点。根据改点所设计的建筑结构，有着一定的安全性，其构件内力分析是十分正确的。相反地，楼盖无法构成无限刚度，例如，建筑楼层大开洞口，也就是使用考量楼板变形的运算程序予以运算，也难以正确知晓与掌控其不同竖向构件内力的状态。
（2）侧向刚度均匀持续改变的结构沿着高度的变形不会出现突变现象。侧向刚度均匀持续改变的高层建筑结构，其总体变形曲线是十分平滑的，不管是什么样的建筑楼层均不会出现位移突变现象，所以就无法构成薄弱位置，如此的结构设计，就算是碰到地震灾害，也不会出现倒塌情况，不会对人类的生命安全产生严重威胁。相反地，侧向刚度突变的高层楼层，在建筑刚度突变位置构成薄弱流程，出现应力集中情况，塑性变形问题加大，当碰到地震灾害时十分容易出现倒塌现象和威胁人类的生命安全。
（3）结构主轴方向的侧向刚度均衡可以抑制结构的扭转效应。主轴方向刚度均衡的结构，两向甚至多方向的动力特性相近，扭转效应不明显，在地震作用下甚至风作用下，主轴平动占上风，结构变形简单容易保证结构安全。设计时要求抗震结构的平面长宽比小，两向的抗侧力构件分布要均匀、对称、分散、周边，就是基于此方面的考虑。
（4）如若想要处理平面刚度突变现象，最好的方式就是安装防震缝。针对高烈地区的框架结构，为了最大化降低防震缝两边碰撞时产生的危害，一些时候必须在防震缝的两侧安装相应的抗撞墙。这是解决平面刚度突变问题的最优方式。
2刚度理论在整体结构和构件设计中的体现
在结构体系的确定过程中以及单一构件的设计过程中，始终反映了刚度概念在其中所发挥的引导作用。以下列举刚度理论在整体结构、单一构件设计以及构件相互作用中的体现。
（1）结构体系的演变体现对结构整体刚度的要求。以钢筋混凝土结构为例，随着建筑高度的不断增加，或抗风、抗震级别的提高，结构体系由纯框架结构开始，逐步演变出框一剪、剪力墙、筒体一框架、筒中筒、束筒结构，也就是随着结构层数越来越多，承受的风载越来越大，地震反映越强烈，对结构的整体刚度的要求就越高，因此就产生了整体刚度越来越大的结构体系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（2）长宽比、高厚比的限值体现高层建筑对结构宏观刚度的要求。高层建对结构单元平面的长宽比、竖向的高宽比均有所限制，其表象是对高层建筑体形尺寸的限制，实际上是对结构整体刚度的宏观控制。
（3）刚度理论在板式构件中的体现。①矩形平面楼板按其两向刚度比划分为单向板和双向板。计算四边支撑的楼板，首先根据其两个方向的板的跨度决定板型。其划分原则表面以板的长短边比例作为界限，实际上是因为荷载的传递方式取决于板的两个方向刚度比值，两个方向的刚度接近或相近，荷载沿双向传递，相差悬殊时则为单相传递，即实际上是根据板的纵向和横向刚度比例划分单、双向板。②楼板边界条件取决于与相邻板的刚度比。按弹性理论计算楼板时，其支座边界条件通常是这样确定的：邻边有楼板时则假定为固定边，邻边无楼板（边跨或相邻为孔洞的情况）则假定为简支边。③刚度理论在梁构件中的体现。多跨次梁计算简图的成立有赖于支座处的主梁刚度足够大。楼盖中的多跨连续次梁计算简图的确定，其前提是支撑次梁的支座一主梁（框架梁）的刚度远大于次梁，可以成为次梁的不沉降支点，否则计算所得的次梁内力因未考虑支座的沉降而没有反映其实际受力状态。
（4）刚度理论在构件相互作用中的具体呈现。荷载的传递使构件产生的内力与相连构件的线刚度有关。在相同力作用下，刚度大的构件变形就小，或者，相连接的构件在一个共同力的作用下刚度大的构件产生的内力就大。因为刚度理论在其中发挥着十分关键的效用，所以，在具体设计过程中必须对一系列刚度进行充分考量：①梁和楼板连接，使梁的刚度增大而梁的刚度就决定了板的边界条件。现浇钢筋混凝土构结，楼板的存在使梁截面由矩形变为T型或倒L形，不仅使梁增强了抗弯刚度而且也增强了抗扭刚度。结构计算中，区分中跨梁及边跨梁的刚度增大系数正是这个道理。而梁的抗扭刚度大小则决定了板的边界条件，直接影响板跨中的弯距及挠度，即梁的抗扭刚度大则板跨中的弯距及挠度就小，相反则大。②梁与柱连接，节点处的弯距按梁柱的线刚度比分配。框架结构的梁柱杆件所承受的弯距按杆件自身线刚度所占比例来分配，楼层节点如此，顶点节点也如此。针对梁柱杆件所承载的弯距值而言，因为边节点参与弯距分配的杆件数明显低于中节点，所以边节点杆件形成的弯距一般超过中节点，特别是顶层边节点，这就是设计过程中顶层柱及顶层框架梁端部配筋偏多的重要因素。
3 结语
结构设计的目的就是确保建筑物的安全性，同样地还必须达到使用标准，且经济实用。如若想要满足这些目标，在设计过程中，必须按照接结构中最基础的因素“力”概念来作为切入点，这是十分准确的，不过这只是外部因素，只有将体现结构内在要素的刚度概念视作设计的重要前提，且在实践过程中进行灵活使用，才可以让结构设计从必然王国进入自由王国。
参考文献：
[1]刘晴云，闺锋，汪大绥，等.屈曲约束支撑在磁浮虹桥站结构设计中的应用[J].建筑钢结构进展，2009，11（4）：22-24.
[2]Hock Tiara （：heng，Bashar S.Mohauuued，kamal NasharuddinMustahha.Finite element analysis and structural design of hretensioned inverted T-beams with web oheninas[J]..Frontiersof Architecture and Givil Engineering in（：bins，2009，15（12）：25-27.
[3]吴香国，徐世娘.超高性能水泥基复合材料及其新型组合结构设计[C]//超高层混凝土泵送与超高性能混凝土技术的研究与应用国际研讨会论文集（中文版），2010，32（21）：53-54.
[4]柳锋，何燕.基于BIM技术的土木工程教育改革[C]//Proceedingsof 2010 Thiril International（：onference on Education Technol-oay and Training（Volume 5），2010，42（44）：63-65.
论文作者:陈志单
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/6
标签：刚度论文; 结构论文; 构件论文; 结构设计论文; 楼板论文; 内力论文; 理论论文; 《基层建设》2017年第19期论文;