摘要：建筑结构设计直接关系到建筑的质量。杂结构设计中，刚度设计最为重要。本文将对刚度设计进行分析。
关键词：结构设计；刚度设计；影响；要点
1.前言
近些年，人们在进行结构设计过程中计过程中，融入了刚度概念，统一建筑，其刚度越大，结构变形的可能性就越小的可能性就越小，反之则结构变形的可能性就越大。
2.刚度对荷载、内力和变形的影响
2.1刚度对荷载和作用的影响
结构和构件的刚度可能对荷载产生很大的影响：首先，如果构件刚度设计目标定的高，一般材料用量也会较多，从而自重荷载较大；其次，结构和构件的刚度对土压力、风荷载以及地震、温差、地基变形、混凝土收缩等间接作用都有直接的影响。现分述如下：
（1）刚度对地震作用的影响
地震作用是由质点受迫震动而引发的惯性力，因此，地震作用的大小和建筑物的质量、动力性能都有密切的联系。一方面，如前所述，刚度越大，往往要求用比较多的材料，使建筑物的质量越大；另一方面，刚度越大，结构自振周期越小，地震影响系数往往会较大。因此，结构刚度会影响到地震作用的大小。通常情况下刚度越大，地震作用也就越大。
（2）刚度对风荷载的影响
风荷载是一种随时间而波动的动力荷载，风作用在结构上，使结构受到双重作用：一方面，风力使房屋受到一个基本稳定的风压力；另一方面又使房屋产生风振。因此，高度较大和比较柔软的高层建筑，要考虑由风振产生的动力效应的影响。我国现行的《荷载规范》和《高层建筑规程》均提出了风振系数的概念，即柔度越大，风振系数越大，计算所得的风荷载标准值也就越大。因此结构的刚度会对风荷载的大小产生影响，刚度越大，风荷载越小。
（3）刚度对土压力影响
基坑支护和地下室外墙都承受土压力作用，尤其是基坑支护结构，土压力往往是设计时的控制荷载。适当增加围护墙体和支撑刚度可以有效减小墙体的水平位移。但随着刚度的增加，土压力逐渐由主动土压力向静止土压力发展，将使支护墙上的土压力显著增大。此外，大量的有限元分析和工程实践表明，当刚度增加到一定程度时，再通过增加墙体和支撑刚度来减小位移作用不大，但土压力和支护墙内力的增大却更加显著。
（4）刚度对其它作用的影响
绝大多数建筑物都是属于超静定结构，温度变化、地基变形、混凝土收缩等因素作用在超静定结构会引起内力。这主要是由于上述变形被约束，从而引起内力。刚度越大，约束也就越强，上述作用也就会越大。
2.2刚度对内力的影响
（1）结构整体刚度对内力的影响
结构的整体刚度会对内力产生直接的影响。例如：建筑物基础的刚度大小会影响到是否满足嵌固端假定，从而影响到基础自身和上部结构的内力分布；上部结构平面布置时，刚度是否均匀会影响到是否产生扭转效应；上部结构沿高度的刚度分布情况会影响到是否有薄弱层的存在；楼盖的刚度会影响到各抗侧力构件的内力分配等等。
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（2）构件刚度对内力的影响
在板式构件中，荷载的传递方式取决于板的两个方向刚度比值，即两方向的刚度相等或相近，荷载沿双向传递，相差悬殊时则为单向传递，且沿着刚度大的方向传递，《混凝土结构设计规范》中，以板的长短边比例作为界限，将矩形平面的楼板划分为单向板和双向板。这表面上是以平面尺寸区分，实质上却是体现了刚度对荷载传递方式和内力分布的影响。另外，交叉梁系的传力关系也是遵循类似的刚度理论：交叉梁系的荷载传递方式取决于两个方向梁的线刚度比值，当两向梁的线刚度接近时，荷载由两向梁共同承担，形成井式楼盖；当两向梁的其线刚度相差较大时，荷载为单向传递，结构变成主次梁体系。
3结构设计中三种刚度比的计算和应用范围
在进行楼层结构设计中在进行楼层结构设计中，不同的楼层其所应用的刚度比不尽相同，而且不同刚度应用的范围也不相同。因此，相关人员在进行结构设计过程中需要根据实际情况进行，并做好有针对性的应用并做好有针对性的应用，从而让刚度的应用的到最有效能的体现体现。
3.1楼层侧移刚度比
结构楼层侧向刚度等于楼层剪力V1和层间位移Δ1的比值，其所应用的公式为：K1=V1/Δ1，相邻楼层之间的侧移刚度与简称楼层侧移刚度的比值：γ1=VtΔt+t+1/Vt+t+1Δt，其能够对刚度沿着竖向所进行的分布情况，并与竖向不规则的指标具有非常紧密的联系，成为竖向规则是否符合要求的重要衡量标准。结构的侧向刚度应当是下大上小，呈现均匀过度，如果结构侧向刚度沿着竖向发生变化，那么就会对结构中的薄弱位置发生作用，极容易产生应力集中，造成结构的变形，在抗震性能上予以降低性能上予以降低。建筑结构需要应对的便是竖向结构的突然变化，其竖向结构最好可以制作成为下宽上窄的结构体型，是结构的楼层侧向刚度依照竖向均匀变化或者随着高度的增加而逐渐减小。如果在规定框架结构范围内，楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比为γ1≥00.7，那么其与上三层侧向刚度平均值则不应当小于00.8。这也成为框架—剪力墙、剪力墙结构、板柱—剪力墙柱—剪力墙、框架—核心筒，以及筒中筒结构的建设依据，以及相应的指标控制。
3.2等效剪切刚度比
当前阶段当前阶段，很多高层建筑都进行了转换层设计，其能够让建筑面积的应用效能提升，但是对于刚度的要求则更高。换层需要承接的是上下层之间的转换层转换，上下楼层之间如果刚度相差太大，那么就会让上下部分之间的构件力度发生突变，极容易导致构件之间的破坏。尤其当楼层转换较高的情况下，这种突变就会变动更大。转换层上部结构和下部结构的侧向刚度变化需要符合相关的规定刚度变化，如果转换层设置在1层~~2层，那么就可以采用等效剪切刚度比对其进行设计，γel[γel=（G1A1/G2A2）×（h2/h1）]通过这样的方式让上下层的结构刚度产生变化，并达到预期的需要。地下室顶板是上部结构的嵌固端，其能够保证上部结构的地震剪力通过地下室底板的传递的地震剪力，将其传递到地下室结构中，从而让上部结构达到稳定的状态，防止因为地震等地质灾害对建筑造成极大的损伤。这也是高层建筑进行简图设计的重要前提的重要前提。在此过程中，等效剪切刚度比的分析就显得非常重要，其能够达到房屋嵌固位置的准确判断，能够让地下室顶板顶板，以及建筑的上部结构达到更好的稳定性能，满足建筑所需要的侧向刚度要求。
3.3等效剪弯刚度比
对于剪弯刚度对于剪弯刚度，《高规》进行了相应的规定，其指明底部大空间大于一层时空间大于一层时，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比γe可采用图E所示的计算模型按公式所示的计算模型按公式（E.E.0.2）计算。转换层如果设置在2层，或者以上时候，除了需要满足《高规》的相关要求之外，还需要保证转换层与相邻上层的侧向刚度比γ1≥0.6，也就是说转换层下部结构与上部结构之间的等效侧向刚度比γe2接近1，其抗震设计γe2≥0.5，非抗震设计时候γel≥0.8。如果转换层设置在3层，其楼层的侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的80%。
4.结束语
综上所述，建筑结构设计中刚度设计十分重要，通过对刚度设计的灵活应用，必然将会让建筑结构得到进一步的发展和建设。
参考文献：
［1］徐传亮．刚度理论在工程结构设计中的应用［D］．上海：同济大学，2016．
［2］张元坤，李盛勇．刚度理论在结构设计中的作用和体现［J］．建筑结构，2015，33（2）：6-11．
论文作者:赵晶宇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：刚度论文; 结构论文; 荷载论文; 楼层论文; 越大论文; 内力论文; 作用论文; 《基层建设》2017年第16期论文;