最小项目载荷的定义及计算

【专家解说】：刚度比 主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2，高规4.4.2及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。 规定: F新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。 F新高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。 F新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。 F新高规的10.2.6条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录D的规定。 FE.0.1底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时不应大于2。 FE.0.2底部为2~5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框架-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。 层刚度比的计算方法: F高规附录E.0.1建议的方法--剪切刚度 Ki = Gi Ai / hi F高规附录E.0.2建议的方法--剪弯刚度 Ki = Fi / Δi F抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议的计算方法: Ki = Vi / Δui 层刚度比的控制方法: 新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，所以刚度比的合理计算很重要。 新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，所以层刚度计算的准确性就比较重要。程序提供了三种计算方法: Ø1。楼层剪切刚度 Ø2。单层加单位力的楼层剪弯刚度 Ø3。楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度 三种计算方法有差异是正常的，可以根据需要选择。 Ø只要计算地震作用，一般应选择第 3 种层刚度算法 Ø不计算地震作用，对于多层结构可以选择剪切层刚度算法，高层结构可以选择剪弯层刚度 Ø不计算地震作用，对于有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法 转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。 层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。 当采用第3种层刚度的计算方式时，如果结构平面中的洞口较多，这样会造成楼层平均位移的计算误差增加，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算层刚度。选择剪切、剪弯层刚度时，程序默认楼层为刚性楼板。 层刚度比即结构必须要有层的概念，但是，对于一些复杂结构，如坡屋顶层、体育馆、看台、工业建筑等，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层根本没有楼板，所以在设计时，可以不考虑这类结构所计算的层刚度特性。 对于大底盘多塔结构，或上联多塔结构，在多塔和单塔交接层之间的层刚度比是没有意义的。如大底盘处因为离塔较远的构件，对该塔的层刚度没有贡献，所以遇到多塔结构时，层刚度的计算应该把底盘切开，只能保留与该塔2到3跨的底盘结构。 对于错层结构或带有夹层的结构，层刚度比有时得不到合理的计算，这是因为层的概念被广义化了。此时，需要采用模型简化才能计算出层刚度比。 度科技名词定义 中文名称:刚度 英文名称:stiffness;rigidity 定义1:作用在弹性元件上的力或力矩的增量与相应的位移或角位移的增量之比。 所属学科:机械工程(一级学科);振动与冲击(二级学科);振动与冲击一般名词(三级学科) 定义2:结构或构件抵抗弹性变形的能力，用产生单位应变所需的力或力矩来量度。 所属学科:水利科技(一级学科);工程力学、工程结构、建筑材料(二级学科);工程力学(水利)(三级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 机械零件和构件抵抗变形的能力。在弹性范围内，刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。它的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。刚度可分为静刚度和动刚度。 目录 基本定义 转动刚度 小位移和大位移 静刚度和动刚度 与弹性模量的关系 工程中的应用 编辑本段基本定义 一个机构的刚度(k)是指弹性体抵抗变形(弯曲、拉伸、压缩等)的能力。计算公式: k=P/δ P是作用于机构的恒力，δ是由于力而产生的形变。 刚度的国际单位是牛顿每米(N/m)。 编辑本段转动刚度 (Rotational stiffness) 转动刚度(k)为: 橡塑管材环刚度试验机 k=M/θ 其中，M为施加的力矩，θ为旋转角度。 转动刚度的国家单位为牛米每弧度。 转动刚度的还有一个常用的单位为英寸磅每度。 其他的刚度包括: 拉压刚度(Tension and compressionstiffness) 轴力比轴向线应变(EA) 剪切刚度(shear stiffness) 剪切力比剪切应变(GA) 扭转刚度(torsional stiffness) 扭矩比扭应变(GI) 编辑本段小位移和大位移 计算刚度的理论分为小位移理论和大位移理论。大位移理论根据结构受力后的变形位置建立平衡方程，得到的结果精确，但计算比较复杂。小位移理论在建立平衡方程时暂时先假定结构是不变形的，由此从外载荷求得结构内力以后，再考虑变形计算问题。大部分机械设计都采用小位移理论。例如，在梁的弯曲变形计算中，因为实际变形很小，一般忽略曲率式中的挠度的一阶导数，而用挠度的二阶导数近似表达梁轴线的曲率。这样做的目的是将微分方程线性化，以大大简化求解过程;而当有几个载荷同时作用时，可分别计算每个载荷引起的弯曲变形后再叠加。 编辑本段静刚度和动刚度 静载荷下抵抗变形的能力称为静刚度。动载荷下抵抗变形的能力称为动刚度，即引起单位振幅所需的动态力。如果干扰力变化很慢(即干扰力的频率远小于结构的固有频率)，动刚度与静刚度基本相同。干扰力变化极快(即干扰力的频率远大于结构的固有频率时)，结构变形比较小，即动刚度比较大。当干扰力的频率与结构的固有频率相近时,有共振现象,此时动刚度最小，即最易变形，其动变形可达静载变形的几倍乃至十几倍。 构件变形常影响构件的工作，例如齿轮轴的过度变形会影响齿轮啮合状况，机床变形过大会降低加工精度等。影响刚度的因素是材料的弹性模量和结构形式，改变结构形式对刚度有显著影响。刚度计算是振动理论和结构稳定性分析的基础。在质量不变的情况下，刚度大则固有频率高。静不定结构的应力分布与各部分的刚度比例有关。在断裂力学分析中，含裂纹构件的应力强度因子可根据柔度求得。 编辑本段与弹性模量的关系 一般来说，刚度和弹性模量是不一样的。弹性模量是物质组分的性质;而刚度是固体的性质。也就是说，弹性模量是物质微观的性质，而刚度是物质宏观的性质。 在无约束单轴拉伸和压缩的特殊情况下，杨氏模量可以认为是刚度。 编辑本段工程中的应用 在工程应用中，结构的刚度是十分重要的，因此在选择材料时弹性模量是一个重要指标。当有不可预测的大挠度时，高的弹性模量是十分必要的。当结构需要有好的柔韧性时，就要求弹性模量不要太高。