力学概念结构设计中的刚柔搭配腾讯云开发者社区

本文中的刚与柔是指杆件体系的抗弯刚度

大者,刚;

小者,柔。这里刚与柔不是绝对的,只是相比较而言。如图1中,BD刚度是AC刚度的2倍,那么根据剪力分配原则,支座剪力

的两倍。

▲ 图1

也就是说,横梁刚度为无穷大时,根据剪力分配原则,抗弯刚度

大的柱子能分配到的剪力就越大。进一步,如果

都相同,约束越强,则分配到的剪力越大,通俗一点,水平荷载更喜欢传递到强壮的支座上,如图2所示。

▲ 图2

如图3所示,当横梁的刚度无穷大的时候,若三根柱子的抗弯刚度

相同,其最大弯矩与支座剪力完全一样。如果两侧的柱子刚度比中间的大,那么两边的柱子分配到的剪力比中间的多。横梁的刚度不是无穷大时,中间柱子弯矩与剪力最大,但这不是本文的重点,因为结构设计都将楼板刚度视为无穷大。

▲ 图3

对于超高层建筑,其长细比很大。在受水平荷载时,类比悬臂梁弯曲,此时越靠近外表面的区域正应力越大,如图4所示。如果是框架核心筒体系,理论上外框架柱的尺寸要做得很大且应当是均匀的。考虑到剪力分配原则以及梁的弯曲,可将四个角的柱子做的很大,原因是

很大且约束很强,能分配到更多剪力,另一方面承受更多"弯曲正应力",从而充分利用材料性能,而其余柱子尺寸稍小(这些柱子所受的正应力较小)。这样既美观实用又节约材料。

▲ 图4

结构设计中刚柔搭配要得当,若配合不协调,刚者不能发挥作用。下面是一些工程实例。

THE END
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