最小項(xiàng)目載荷的定義及計(jì)算

【專家解說】：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，見抗規(guī)3.4.2，高規(guī)4.4.2及相應(yīng)的條文說明;對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捎脩糇孕锌刂啤?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，或者本層根本沒有樓板，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，可以不考慮這類結(jié)構(gòu)所計(jì)算的層剛度特性。 對于大底盤多塔結(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有意義的。如大底盤處因?yàn)殡x塔較遠(yuǎn)的構(gòu)件，對該塔的層剛度沒有貢獻(xiàn)，所以遇到多塔結(jié)構(gòu)時(shí)，層剛度的計(jì)算應(yīng)該把底盤切開，只能保留與該塔2到3跨的底盤結(jié)構(gòu)。 對于錯(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)，需要采用模型簡化才能計(jì)算出層剛度比。 度科技名詞定義 中文名稱:剛度 英文名稱: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(一級學(xué)科);振動(dòng)與沖擊(二級學(xué)科);振動(dòng)與沖擊一般名詞(三級學(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量度。 所屬學(xué)科:水利科技(一級學(xué)科);工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料(二級學(xué)科);工程力學(xué)(水利)(三級學(xué)科) 本內(nèi)容由全國科學(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)梁軸線的曲率。這樣做的目的是將微分方程線性化，以大大簡化求解過程;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為靜剛度。動(dòng)載荷下抵抗變形的能力稱為動(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，例如齒輪軸的過度變形會(huì)影響齒輪嚙合狀況，機(jī)床變形過大會(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 一般來說，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，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。