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剛度比主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性,避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變,形成薄弱層,見(jiàn)抗規(guī)3.4.2,高規(guī)4.4.2及相應(yīng)的條文說(shuō)明；對(duì)于形成的薄弱層則按高規(guī)5.1.14予以加強(qiáng). 規(guī)定：F新抗震規(guī)范附錄E2.1規(guī)定,筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2. F新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu),其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%. F新高規(guī)的5.3.7條規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中,當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí),地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍. F新高規(guī)的10.2.6條規(guī)定,底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,應(yīng)符合高規(guī)附錄D的規(guī)定. FE.0.1底部大空間為一層的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剛度比γ表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)γ不應(yīng)大于3,抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2. FE.0.2底部為2~5層大空間的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),其轉(zhuǎn)換層下部框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe宜接近1,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2,抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1.3. 層剛度比的計(jì)算方法： F高規(guī)附錄E.0.1建議的方法——剪切剛度 Ki = Gi Ai / hi F高規(guī)附錄E.0.2建議的方法——剪彎剛度 Ki = Fi / Δi F抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說(shuō)明中建議的計(jì)算方法： Ki = Vi / Δui 層剛度比的控制方法： 新規(guī)范要求結(jié)構(gòu)各層之間的剛度比,并根據(jù)剛度比對(duì)地震力進(jìn)行放大,所以剛度比的合理計(jì)算很重要. 新規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的層剛度有明確的要求,在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌固端、轉(zhuǎn)換層剛度是否滿(mǎn)足要求等等,都要求有層剛度作為依據(jù),所以層剛度計(jì)算的準(zhǔn)確性就比較重要.程序提供了三種計(jì)算方法： Ø1.樓層剪切剛度 Ø2.單層加單位力的樓層剪彎剛度 Ø3.樓層平均剪力與平均層間位移比值的層剛度 三種計(jì)算方法有差異是正常的,可以根據(jù)需要選擇. Ø只要計(jì)算地震作用,一般應(yīng)選擇第 3 種層剛度算法 Ø不計(jì)算地震作用,對(duì)于多層結(jié)構(gòu)可以選擇剪切層剛度算法,高層結(jié)構(gòu)可以選擇剪彎層剛度 Ø不計(jì)算地震作用,對(duì)于有斜支撐的鋼結(jié)構(gòu)可以選擇剪彎層剛度算法 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)按照“高規(guī)”要求計(jì)算轉(zhuǎn)換層上下幾層的層剛度比,一般取轉(zhuǎn)換層上下等高的層數(shù)計(jì)算. 層剛度作為該層是否為薄弱層的重要指標(biāo)之一,對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱層,規(guī)范要求其地震剪力放大1.15,這里程序?qū)⒂捎脩?hù)自行控制. 當(dāng)采用第3種層剛度的計(jì)算方式時(shí),如果結(jié)構(gòu)平面中的洞口較多,這樣會(huì)造成樓層平均位移的計(jì)算誤差增加,此時(shí)應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來(lái)計(jì)算層剛度.選擇剪切、剪彎層剛度時(shí),程序默認(rèn)樓層為剛性樓板. 層剛度比即結(jié)構(gòu)必須要有層的概念,但是,對(duì)于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu),如坡屋頂層、體育館、看臺(tái)、工業(yè)建筑等,這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高,或者本層根本沒(méi)有樓板,所以在設(shè)計(jì)時(shí),可以不考慮這類(lèi)結(jié)構(gòu)所計(jì)算的層剛度特性. 對(duì)于大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu),或上聯(lián)多塔結(jié)構(gòu),在多塔和單塔交接層之間的層剛度比是沒(méi)有意義的.如大底盤(pán)處因?yàn)殡x塔較遠(yuǎn)的構(gòu)件,對(duì)該塔的層剛度沒(méi)有貢獻(xiàn),所以遇到多塔結(jié)構(gòu)時(shí),層剛度的計(jì)算應(yīng)該把底盤(pán)切開(kāi),只能保留與該塔2到3跨的底盤(pán)結(jié)構(gòu). 對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu),層剛度比有時(shí)得不到合理的計(jì)算,這是因?yàn)閷拥母拍畋粡V義化了.此時(shí),需要采用模型簡(jiǎn)化才能計(jì)算出層剛度比.
度科技名詞定義
中文名稱(chēng)：剛度 英文名稱(chēng)：stiffness;rigidity 定義1：作用在彈性元件上的力或力矩的增量與相應(yīng)的位移或角位移的增量之比. 所屬學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；振動(dòng)與沖擊（二級(jí)學(xué)科）；振動(dòng)與沖擊一般名詞（三級(jí)學(xué)科） 定義2：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗彈性變形的能力,用產(chǎn)生單位應(yīng)變所需的力或力矩來(lái)量度. 所屬學(xué)科：水利科技（一級(jí)學(xué)科）；工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料（二級(jí)學(xué)科）；工程力學(xué)（水利）（三級(jí)學(xué)科） 本內(nèi)容由全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布
百科名片
機(jī)械零件和構(gòu)件抵抗變形的能力.在彈性范圍內(nèi),剛度是零件載荷與位移成正比的比例系數(shù),即引起單位位移所需的力.它的倒數(shù)稱(chēng)為柔度,即單位力引起的位移.剛度可分為靜剛度和動(dòng)剛度.
目錄
基本定義
轉(zhuǎn)動(dòng)剛度
小位移和大位移
靜剛度和動(dòng)剛度
與彈性模量的關(guān)系
工程中的應(yīng)用
編輯本段基本定義
一個(gè)機(jī)構(gòu)的剛度（k）是指彈性體抵抗變形（彎曲、拉伸、壓縮等）的能力.計(jì)算公式： k=P/δ P是作用于機(jī)構(gòu)的恒力,δ是由于力而產(chǎn)生的形變. 剛度的國(guó)際單位是牛頓每米（N/m）.
編輯本段轉(zhuǎn)動(dòng)剛度
（Rotational stiffness） 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度（k）為：橡塑管材環(huán)剛度試驗(yàn)機(jī)
k=M/θ 其中,M為施加的力矩,θ為旋轉(zhuǎn)角度. 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的國(guó)家單位為牛米每弧度. 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的還有一個(gè)常用的單位為英寸磅每度. 其他的剛度包括： 拉壓剛度（Tension and compressionstiffness） 軸力比軸向線(xiàn)應(yīng)變（EA) 剪切剛度（shear stiffness） 剪切力比剪切應(yīng)變(GA) 扭轉(zhuǎn)剛度（torsional stiffness) 扭矩比扭應(yīng)變(GI)
編輯本段小位移和大位移
計(jì)算剛度的理論分為小位移理論和大位移理論.大位移理論根據(jù)結(jié)構(gòu)受力后的變形位置建立平衡方程,得到的結(jié)果精確,但計(jì)算比較復(fù)雜.小位移理論在建立平衡方程時(shí)暫時(shí)先假定結(jié)構(gòu)是不變形的,由此從外載荷求得結(jié)構(gòu)內(nèi)力以后,再考慮變形計(jì)算問(wèn)題.大部分機(jī)械設(shè)計(jì)都采用小位移理論.例如,在梁的彎曲變形計(jì)算中,因?yàn)閷?shí)際變形很小,一般忽略曲率式中的撓度的一階導(dǎo)數(shù),而用撓度的二階導(dǎo)數(shù)近似表達(dá)梁軸線(xiàn)的曲率.這樣做的目的是將微分方程線(xiàn)性化,以大大簡(jiǎn)化求解過(guò)程；而當(dāng)有幾個(gè)載荷同時(shí)作用時(shí),可分別計(jì)算每個(gè)載荷引起的彎曲變形后再疊加.
編輯本段靜剛度和動(dòng)剛度
靜載荷下抵抗變形的能力稱(chēng)為靜剛度.動(dòng)載荷下抵抗變形的能力稱(chēng)為動(dòng)剛度,即引起單位振幅所需的動(dòng)態(tài)力.如果干擾力變化很慢（即干擾力的頻率遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的固有頻率）,動(dòng)剛度與靜剛度基本相同.干擾力變化極快（即干擾力的頻率遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)）,結(jié)構(gòu)變形比較小,即動(dòng)剛度比較大.當(dāng)干擾力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相近時(shí),有共振現(xiàn)象,此時(shí)動(dòng)剛度最小,即最易變形,其動(dòng)變形可達(dá)靜載變形的幾倍乃至十幾倍. 構(gòu)件變形常影響構(gòu)件的工作,例如齒輪軸的過(guò)度變形會(huì)影響齒輪嚙合狀況,機(jī)床變形過(guò)大會(huì)降低加工精度等.影響剛度的因素是材料的彈性模量和結(jié)構(gòu)形式,改變結(jié)構(gòu)形式對(duì)剛度有顯著影響.剛度計(jì)算是振動(dòng)理論和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ).在質(zhì)量不變的情況下,剛度大則固有頻率高.靜不定結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布與各部分的剛度比例有關(guān).在斷裂力學(xué)分析中,含裂紋構(gòu)件的應(yīng)力強(qiáng)度因子可根據(jù)柔度求得.
編輯本段與彈性模量的關(guān)系
一般來(lái)說(shuō),剛度和彈性模量是不一樣的.彈性模量是物質(zhì)組分的性質(zhì)；而剛度是固體的性質(zhì).也就是說(shuō),彈性模量是物質(zhì)微觀的性質(zhì),而剛度是物質(zhì)宏觀的性質(zhì). 在無(wú)約束單軸拉伸和壓縮的特殊情況下,楊氏模量可以認(rèn)為是剛度.
編輯本段工程中的應(yīng)用
在工程應(yīng)用中,結(jié)構(gòu)的剛度是十分重要的,因此在選擇材料時(shí)彈性模量是一個(gè)重要指標(biāo).當(dāng)有不可預(yù)測(cè)的大撓度時(shí),高的彈性模量是十分必要的.當(dāng)結(jié)構(gòu)需要有好的柔韌性時(shí),就要求彈性模量不要太高.