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分析结构设计中刚度理论的作用和体

2018-04-04刘波湖南中大设计院有限公司湖南长沙410000

中国房地产业 2018年6期
关键词:侧向抗震结构设计

文/刘波 湖南中大设计院有限公司 湖南长沙 410000

现阶段,建筑设计标准不断提高,尤其是结构性能,使得设计人员更加注重结构与构件的性能分析。从理论上来说,结构与构件变形协调与内力,通常是依靠构件之间的相对刚度而实现,因此若想提高建筑物的抗震性与风力承载性能,则必须注重刚度的作用。

1、刚度理论运用的必要性

从建筑性能角度来说,判断其好坏的标准,主要是从结构刚度和建筑构件的相对刚度角度分析,看其是否合理。在设计时,进行结构布置与构件截面调整,主要是为了确保结构刚度能够达到相关要求。基于此,在结构设计时,要强化刚度理论运用的意识,按照设计概念与规范,以保障设计的效果。

2、结构设计中的刚度理论的作用

2.1 提高建筑抗震性能

以高层建筑为例,若为侧向连续均匀变化,建筑整体曲线较为光滑。如此,建筑各楼层均不会发生位移突变问题,刚度较为理想,即使是遇到地震情况,也不会出现倒塌现象。若建筑存在突变情况,则刚度突变点为薄弱点。在薄弱区域应力相对集中,极易产生塑性变形,当遇到强烈地震时,极易受损坏,发生倒塌,造成极大的损失。若高层建筑中设置了转换层,要选择低位转换层。同时在转换层的上下层内,要确保刚度的连续性。按照相关规定,建筑底部的1-2层大空间的剪力强结构,将转换层的剪切刚度给控制在1左右;若为非抗震设计,则控制为≤3;若为抗震设计,则控制为≤2。考虑到厚板转换结构,其转换层上下层的变形曲线,受到力的作用,极易发生突变。基于此,不建议使用厚板转换层[1]。

2.2 实现侧向刚度均衡,能够避免结构扭转

以结构主轴方向为例,侧向刚度均衡,能够抑制结构扭转效应。此类结构特征较为相似,尤其是两个或以上个数的方向动力特征,若发生扭转效应,通过表面判断,难以及时发现。若遇到地震或强风,结构安全性能较好。基于此,开展结构设计,对抗震结构,要求平面长宽比要小。同时要保证抗侧力构件要均匀、对称分布,确保建筑的安全性。若能够保证建筑结构主轴方向侧向刚度平衡,能够避免发生扭转。

2.3 确保构件内力的精准性

以刚性高层抗震结构为例,从计算数学角度来说,竖向构件所承受的水平力,要按照抗侧力刚度进行分配。基于此理论,开展结构设计,能够获得不错的效果,不仅可保证建筑的安全性,还能够确保构件内力的精准性,避免安全隐患。

3、结构设计中的刚度理论作用与具体体现

3.1 柱构件

框架结构中,对于柱构件的布置,其截面高度与宽度比值差异,在柱子方向的摆向,刚度差异角度。除此之外,梁界面尺寸对侧向刚度,也有着不同程度的影响。基于此,开展结构设计,可运用此特性,实现上两项刚度的均衡。以某工程为例,其为办公建筑,总计5层,采用大开间。基于刚度理论,为确保结构刚度,楼面与屋面等,采用现浇结构,基础为柱下独立基础。框架结构设计内容如下:1)通过框架梁截面尺寸估算与框架柱截面尺寸估算,柱截面尺寸选为500×500mm。2)框架梁柱的线刚度计算简图如图1所示,底层柱线刚度为3.26×104kN·m;其它层柱线刚度为4.34×104kN·m。3)柱自重为6.25kN/m。从建筑质量检测情况来说,能够达到抗震要求。从使用情况来看,建筑结构的抗震性能较好。总体来说,为确保框架结构的刚度合理性,要结合实际情况,按照抗震性能要求,精准计算。

图1 计算简图

3.2 梁构件

总体来说,刚度理论在建筑结构中的梁构件中的作用体现如下:

1)利用多跨次梁计算简图,如上述图1所示,能够使得支座主梁刚度达到设计强度。楼盖中,需要明确次梁计算简图,则需要分项分析支座。因为支座沉陷时,其受力会减小,因此除了要注重计算结果外,还需要做好配筋量分析。

2)若楼层封口梁刚度能够达到要求,则可以改变传力路径。在设计时,可以将楼层封口梁支承在框架悬臂梁中,不同的悬臂梁会分走荷载。但由于封口梁的刚度较大,楼层悬臂梁的刚度比框架悬臂梁小。如此,极易造成封口梁的荷载全部传递框架悬臂梁。基于此,由于框架悬臂梁的配筋少,所以可能会增加安全风险[2]。

3)基于刚度理论,平衡交叉梁传力关系,进而保障建筑性能。交叉梁也有荷载,荷载的传递,要按照方向梁的线刚度比,若两项梁跨度值相同,则二者共同承担荷载。若跨度值差距较大,则刚度差别也会比较大,荷载则由刚度大的梁承担,使得交叉梁的传力关系,转变了主次梁关系。

4)基于刚度值,由角部相交边梁来承担荷载。通常情况下,建筑物中角部相交边梁截面积相同,若刚度值接近,则变为双向双悬臂梁关系,此时能够平分荷载。若刚度不同,则可看作为主次梁关系。若刚度相差不大,则由长跨度梁承受力。需要注意的是,在进行设计时,从安全角度考虑,要按照支承关系来计算,并且配筋。对双悬臂,则可适当的增加长向梁的底筋数量。对主次梁,则可适当的增加长向梁面筋数量。

3.3 墙构件

刚度理论在建筑结构墙构件中有所体现。竖向构件平面内,剪力墙刚度一般大于柱的刚度。基于此,在进行布置时,若存在剪力墙结构,则需要融合刚度理念,来提升设计质量。总的来说,刚度理论的运用,要贯穿建筑结构设计的全过程,做好全面分析与把控,以保障建筑结构的性能[3]。

结语:

综上所述,实现侧向刚度均衡,能够避免结构扭转;运用刚度理念,能够确保构件内力的精准性,提高建筑设计质量。刚度理论的应用,发挥着积极的作用,从墙构件、梁构件、柱构件等方面,做了简单的论述。

参考文献:

[1]徐铁山,刘华丽.刚度理论在结构设计中的作用和体现[J/OL].工程技术研究,2017(09):232-233.

[2]徐铁山,刘华丽.刚度理论在结构设计中的作用和体现[J/OL].工程技术研究,2017(09):232-233.

[3]郑瓛.分析刚度理论在结构设计中的作用和体现[J].中国战略新兴产业,2017(24):164.

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