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【摘 要】全文提出了以刚度概念为基础的结构概念设计思想，在充分阐述刚度概念的基础上深入分析了刚度对结构所受荷载与内力的影响，总结出了结构概念中的刚度设计的基本原则，并结合工程实例作了具体说明。
【关键词】刚度；结构概念设计；刚度设计
在计算设计软件日益丰富的今天越来越多的设计人员形成了一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，对计算结果稍加整理，就算完成了设计，淡化了在结构体系进行分析中的一些十分重要的力学概念，刚度概念就是其中之一。从宏观上讲，实际中的大多数建筑物都是一个空间上的超静定弹性体，这种超静定弹性体的一个根本属性就是刚度，它往往对结构所受外部作用与内部应力的分布起着非常重要的作用，正确的把握刚度的概念，理解刚度对结构的作用的影响是做好结构概念设计的重要一步！
1、 刚度的概念与分析
刚度是结构整体或构件抵抗变形的一种能力，结构的抗弯刚度，抗扭刚度对结构往往影响较大，正确的把握刚度应从两个方面入手——结构的几何尺寸、材料分布与结构体系。无论结构整体还是结构构件几何尺度与材料分布对她的分布起着决定作用，一个矩形截面的梁，其抗弯刚度与截面高度的三次方成正比，同理平面尺寸较大，材料分布边缘化的结构的抗弯与抗扭刚度较大。不同的结构体系也对结构刚度有重要影响。在高层中，框架体系，框架—剪力墙体系，框筒体系，筒中筒体系常常被应用，他们的刚度也依次递增，应根据不同的高度对刚度的要求合理的选择。正确的把握各种结构体系的的刚度特征是我们正确选择结构的重要依据。
2、 刚度对荷载和作用的影响
结构的外部作用主要来自基础、风和地震，结构所受外部作用的大小也受结构刚度的重要影响。
2.1、刚度对基础作用的影响
刚度对结构受基础作用的影响主要表现在两方面 ：一方面刚度对土压力影响基坑 支 护 和地下室外墙都承受土压力作用，尤其是基坑支护结构，土压力往往是设计时的控制荷载.适当增加围护墙体和支撑刚度可以有效减小墙体的水平位移.但随着刚度的增加，土压力逐渐由主动土压力向静止土压力發展，将使支护墙上的土压力显著增大.此外，大量的有限元分析和工程实践表明，当刚度增加到一定程度时，再通过增加墙体和支撑刚度来减小位移作用不大，但土压力和支护墙内力的增大却更加显著.另一方面刚度对基础与上部结构协同工作的影响。我们在做上部结构设计时假定结构是固结在地面上的，而实际是基础与上部结构是相互作用的，刚度对这种作用有重要影响。一般建筑基础的变形总是成锅底形。中部沉降多，外缘沉降少。在建造下部几层时，基础钢筋应力不断增长。建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小。基础的刚度越小，这种现象也明显，因而在设计基础时要重点关注。
2.2、刚度对风荷载的影响
风荷载是一种随时间而波动的动力荷载，风作用在结构上，使结构受到双重作用:一方面，风力使房屋受到一个基本稳定的风压力;另一方面又使房屋产生风振.因此，比较柔的高层建筑，要考虑由风振产生的动力效应的影响。我国现行的《荷载规范》和《高层建筑规程》均提出了风振系数的概念，即柔度越大，风振系数越大，计算所得的风荷载标准值也就越大.因此结构的刚度会对风荷载的大小产生影响，刚度越大，风荷载越小.
2.3、刚度对地震作用的影响
地震作用是由质点受迫震动而引发的惯性力，因此，地震作用的大小和建筑物的质量、动力性能都有密切的联系一方面，如前所述，刚度越大，往往要求用比较多的材料，使建筑物的质量越大;另一方面，刚度越大，结构自振周期越小，地震影响系数往往会较大.因此 ， 结构刚度会影响到地震作用的大小.通常情况下，刚度越大，地震作用也就越大.
综上所述，结构或构件刚度会对很多荷载、作用的大小产生影响.一般来说，除风荷载外，刚度越大，荷载和作用也就越大;而风荷载通常是刚度越大，荷载越小
3、刚度对内力的影响
一方 面 ，刚度对荷载和作用产生影响，也必然会对构件的内力产生影响;另一方面，结构中力的平衡、变形的协调以及由此产生的构件内力都是通过构件自身的刚度以及连接构件之间的相对刚度的大小来体现的.换言之，结构和构件的刚度都会直接影响到构件的内力大小和分布情况.
3.1 结构整体刚度对内力的影响
结构的整体刚度会对内力产生直接的影响.例如:建筑物基础的刚度大小会影响到是杏满足嵌固端假定，从而影响到基础自身和上部结构的内力分布;上部结构平面布置时，刚度是否均匀会影响到是否产生扭转效应;上部结构沿高度的刚度分布情况会影响到是否有薄弱层的存在。
3.2 构件刚度对内力的影响
高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。因此楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。楼盖体系刚度不足将直接影响各构件的内力分布！
3.3 构件间相对刚度对内力的影响
相互连接的构件间相对刚度对内力产生很大的影响.例如现浇楼盖中，相互连接在一起的梁和板，如果梁的线刚度较大，则会使板的跨中弯矩减小;反之，如果采用较厚(线刚度较大)的板，则可能使梁产生较大的扭矩，梁和柱的线刚度比值更会直接影响到内力分布.一般情况下，相互连接的构件中，内力的分配是遵循“能者多劳”原则的，即刚度越大，分配的内力也就越大.至于刚度对变形的影响，一般来说，刚度越大，变性也就越小，增大刚度对减小变形是有利的.
4、刚度布置原则
1、刚度适中
结构刚度过大会引起结构在地震中承受更大的地震作用，刚度过小又会使结构所受风荷载增大，同时使结构在地震作用下变形过大，因而我们要通过选择与优化得到结构合理的刚度，达到既节省材料又提高结构可靠度的目的。
2、刚度均匀
结构在平面与立面上刚度要均匀，平面上刚度不均匀会使结构质心与刚心不重合，在地震中产生对结构不利的扭转。立面上的不均匀会使结构产生薄弱层，从而使结构更易损坏。
3、结构要有刚度梯度
结构中的构件对于结构来讲有主次之分，我们应设定一种结构在地震中的破坏形态，有梯度的分配结构的刚度，合理加大结构重要构件的刚度与延性，削弱次要构件的刚度，使其在地震中更易屈服，从而达到耗能的目的。
5、刚度布置在概念设计中的应用高层结构设计中，风荷载和地震作用往往成为控制因素.此时刚度控制的难点是如果刚度大，则地震作用大;而降低刚度，虽然可以减小地震作用，但又会造成风荷载的增大
由此可见，合理的刚度梯度分配会使结构的安全性提高。
结语：
结构设计时不仅仅要确保安全，同时要满足合理和经济的要求.要达到这些目的，必须要从事物的内部因素— 刚度着手，即通过刚度控制，使结构体系刚度适中、刚柔相济.这样，不仅可以消除结构隐患，而且可以保证构件以至于整个结构在荷载作用下，受力合理并获得最佳的经济效益.
参考文献
[1] 林同炎.结构概念和体系[M].高立人，方鄂华，钱稼茹译.中国建工出版社，1999.
[2] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社，2000.
[3] 方鄂华，钱稼茹.我国高层建筑抗震设计的若干问题[J].土木工程学报，1999.
[4] 何颐华，杨斌，金宝森等.深基坑护坡桩土压力的工程测试及研究[J].土木工程学报，1997.
[5] 张鹤梁，项宗方，周.凌.浅议工程杭震设计中的概念设计[J] .山西建筑，2006，32(3):48一49.
[6] 冯豪.概念设计在结构中心的应用[J].山西建筑，206，32(5) :7 3一 74.
[7] 郭院成 建筑结构体系概念和设计［M］郑州 黄河水利出版社
作者简介：
王斌、男 、1983.9.5出生、籍贯：杭州 、工作单位：浙江建院建筑规划设计院、职务：助理工程师、学士学位、研究方向：结构（建筑工程类）。
【关键词】刚度；结构概念设计；刚度设计
在计算设计软件日益丰富的今天越来越多的设计人员形成了一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，对计算结果稍加整理，就算完成了设计，淡化了在结构体系进行分析中的一些十分重要的力学概念，刚度概念就是其中之一。从宏观上讲，实际中的大多数建筑物都是一个空间上的超静定弹性体，这种超静定弹性体的一个根本属性就是刚度，它往往对结构所受外部作用与内部应力的分布起着非常重要的作用，正确的把握刚度的概念，理解刚度对结构的作用的影响是做好结构概念设计的重要一步！
1、 刚度的概念与分析
刚度是结构整体或构件抵抗变形的一种能力，结构的抗弯刚度，抗扭刚度对结构往往影响较大，正确的把握刚度应从两个方面入手——结构的几何尺寸、材料分布与结构体系。无论结构整体还是结构构件几何尺度与材料分布对她的分布起着决定作用，一个矩形截面的梁，其抗弯刚度与截面高度的三次方成正比，同理平面尺寸较大，材料分布边缘化的结构的抗弯与抗扭刚度较大。不同的结构体系也对结构刚度有重要影响。在高层中，框架体系，框架—剪力墙体系，框筒体系，筒中筒体系常常被应用，他们的刚度也依次递增，应根据不同的高度对刚度的要求合理的选择。正确的把握各种结构体系的的刚度特征是我们正确选择结构的重要依据。
2、 刚度对荷载和作用的影响
结构的外部作用主要来自基础、风和地震，结构所受外部作用的大小也受结构刚度的重要影响。
2.1、刚度对基础作用的影响
刚度对结构受基础作用的影响主要表现在两方面 ：一方面刚度对土压力影响基坑 支 护 和地下室外墙都承受土压力作用，尤其是基坑支护结构，土压力往往是设计时的控制荷载.适当增加围护墙体和支撑刚度可以有效减小墙体的水平位移.但随着刚度的增加，土压力逐渐由主动土压力向静止土压力發展，将使支护墙上的土压力显著增大.此外，大量的有限元分析和工程实践表明，当刚度增加到一定程度时，再通过增加墙体和支撑刚度来减小位移作用不大，但土压力和支护墙内力的增大却更加显著.另一方面刚度对基础与上部结构协同工作的影响。我们在做上部结构设计时假定结构是固结在地面上的，而实际是基础与上部结构是相互作用的，刚度对这种作用有重要影响。一般建筑基础的变形总是成锅底形。中部沉降多，外缘沉降少。在建造下部几层时，基础钢筋应力不断增长。建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小。基础的刚度越小，这种现象也明显，因而在设计基础时要重点关注。
2.2、刚度对风荷载的影响
风荷载是一种随时间而波动的动力荷载，风作用在结构上，使结构受到双重作用:一方面，风力使房屋受到一个基本稳定的风压力;另一方面又使房屋产生风振.因此，比较柔的高层建筑，要考虑由风振产生的动力效应的影响。我国现行的《荷载规范》和《高层建筑规程》均提出了风振系数的概念，即柔度越大，风振系数越大，计算所得的风荷载标准值也就越大.因此结构的刚度会对风荷载的大小产生影响，刚度越大，风荷载越小.
2.3、刚度对地震作用的影响
地震作用是由质点受迫震动而引发的惯性力，因此，地震作用的大小和建筑物的质量、动力性能都有密切的联系一方面，如前所述，刚度越大，往往要求用比较多的材料，使建筑物的质量越大;另一方面，刚度越大，结构自振周期越小，地震影响系数往往会较大.因此 ， 结构刚度会影响到地震作用的大小.通常情况下，刚度越大，地震作用也就越大.
综上所述，结构或构件刚度会对很多荷载、作用的大小产生影响.一般来说，除风荷载外，刚度越大，荷载和作用也就越大;而风荷载通常是刚度越大，荷载越小
3、刚度对内力的影响
一方 面 ，刚度对荷载和作用产生影响，也必然会对构件的内力产生影响;另一方面，结构中力的平衡、变形的协调以及由此产生的构件内力都是通过构件自身的刚度以及连接构件之间的相对刚度的大小来体现的.换言之，结构和构件的刚度都会直接影响到构件的内力大小和分布情况.
3.1 结构整体刚度对内力的影响
结构的整体刚度会对内力产生直接的影响.例如:建筑物基础的刚度大小会影响到是杏满足嵌固端假定，从而影响到基础自身和上部结构的内力分布;上部结构平面布置时，刚度是否均匀会影响到是否产生扭转效应;上部结构沿高度的刚度分布情况会影响到是否有薄弱层的存在。
3.2 构件刚度对内力的影响
高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。因此楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。楼盖体系刚度不足将直接影响各构件的内力分布！
3.3 构件间相对刚度对内力的影响
相互连接的构件间相对刚度对内力产生很大的影响.例如现浇楼盖中，相互连接在一起的梁和板，如果梁的线刚度较大，则会使板的跨中弯矩减小;反之，如果采用较厚(线刚度较大)的板，则可能使梁产生较大的扭矩，梁和柱的线刚度比值更会直接影响到内力分布.一般情况下，相互连接的构件中，内力的分配是遵循“能者多劳”原则的，即刚度越大，分配的内力也就越大.至于刚度对变形的影响，一般来说，刚度越大，变性也就越小，增大刚度对减小变形是有利的.
4、刚度布置原则
1、刚度适中
结构刚度过大会引起结构在地震中承受更大的地震作用，刚度过小又会使结构所受风荷载增大，同时使结构在地震作用下变形过大，因而我们要通过选择与优化得到结构合理的刚度，达到既节省材料又提高结构可靠度的目的。
2、刚度均匀
结构在平面与立面上刚度要均匀，平面上刚度不均匀会使结构质心与刚心不重合，在地震中产生对结构不利的扭转。立面上的不均匀会使结构产生薄弱层，从而使结构更易损坏。
3、结构要有刚度梯度
结构中的构件对于结构来讲有主次之分，我们应设定一种结构在地震中的破坏形态，有梯度的分配结构的刚度，合理加大结构重要构件的刚度与延性，削弱次要构件的刚度，使其在地震中更易屈服，从而达到耗能的目的。
5、刚度布置在概念设计中的应用高层结构设计中，风荷载和地震作用往往成为控制因素.此时刚度控制的难点是如果刚度大，则地震作用大;而降低刚度，虽然可以减小地震作用，但又会造成风荷载的增大
由此可见，合理的刚度梯度分配会使结构的安全性提高。
结语：
结构设计时不仅仅要确保安全，同时要满足合理和经济的要求.要达到这些目的，必须要从事物的内部因素— 刚度着手，即通过刚度控制，使结构体系刚度适中、刚柔相济.这样，不仅可以消除结构隐患，而且可以保证构件以至于整个结构在荷载作用下，受力合理并获得最佳的经济效益.
参考文献
[1] 林同炎.结构概念和体系[M].高立人，方鄂华，钱稼茹译.中国建工出版社，1999.
[2] 赵西安.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社，2000.
[3] 方鄂华，钱稼茹.我国高层建筑抗震设计的若干问题[J].土木工程学报，1999.
[4] 何颐华，杨斌，金宝森等.深基坑护坡桩土压力的工程测试及研究[J].土木工程学报，1997.
[5] 张鹤梁，项宗方，周.凌.浅议工程杭震设计中的概念设计[J] .山西建筑，2006，32(3):48一49.
[6] 冯豪.概念设计在结构中心的应用[J].山西建筑，206，32(5) :7 3一 74.
[7] 郭院成 建筑结构体系概念和设计［M］郑州 黄河水利出版社
作者简介：
王斌、男 、1983.9.5出生、籍贯：杭州 、工作单位：浙江建院建筑规划设计院、职务：助理工程师、学士学位、研究方向：结构（建筑工程类）。