时间:2023-08-25 17:07:48
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇解构主义建筑特点范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
近些年,由于甲方对住宅设计方面要求过高导致异形柱被广泛运用,因此设计者也越来越重视对框架异形柱结构体系的研究及应用。此外,异形柱结构特殊,具有肢厚小、钢筋较密受力情况复杂、形柱框架结构节点核心区受力特点难等因素,导致后期在运用时产生一定的难度。因此,文章针对上述情况做出了一系列分析及研究。
1 影响异形柱节点抗剪能力的因素
1.轴压比
轴压力之所以可以提高节点核心区抗初裂的能力是因为柱的受压区面积增大,客观上加大了斜压杆的宽度,使参与斜压杆机构的混凝土面积增大,同时梁筋传递给节点核心混凝土的边缘剪力中有更多的部分汇入斜压杆机构,造成节点核心混凝土开裂的边缘剪力减小。另外,轴压力提高,增大了主斜裂缝与水平方向的角度。轴压力对通裂与极限荷载影响不明显的原因是:在轴压力下进行循环反复加载,致使节点核心区的混凝土累积损伤效应较无轴力作用时大,尽管轴压力可以提高混凝土的抗剪强度,但加剧的累积损伤效应最终致使轴压力的有利作用有所降低,对节点的通裂和极限荷载提高不明显。
2.节点核心配箍率
配箍率对初裂剪力影响不大,因为初裂时节点剪力Vj主要取决于混凝土的抗拉强度,一旦裂缝形成,箍筋受力将大幅度增长,甚至屈服,桁架机构产生作用,箍筋开始参与抵抗节点剪力;而且由于箍筋的约束使混凝土的抗剪能力也有所提高。加载过程中箍筋沿节点核心高度方向应变分布不均匀,每层箍筋应力不等,并非全部同时屈服,根据箍筋应力的数据分析,在通裂状态下沿节点核心高度方向80%范围内箍筋屈服。在节点核心中部(对异型中节点则是在小核心中部较偏下部位)应力最大。这是因为在某一方向弯矩作用下,节点核心对角线两个端部的混凝土在另一方向弯矩作用下产生的裂缝将闭合,该区域此时要承受压力,对角线中部区域裂缝最宽,箍筋将承受原由混凝土承担的拉力,导致节点核心中部箍筋应力最大。
3.柱截面高度变化
就异形柱中节点来说,节点核心上下柱截面、左右梁截面有差异容易导致节点核心开裂。裂缝首先出现在节点“小核心”的位置,初裂荷载降低的幅度可达30%左右,对节点核心的通裂荷载影响不大。常规节点通裂后节点核心还有较大的能力承担继续增加的节点剪力,而异形柱节点则不同。
2 异形柱设计中的建议
在进行设计时,需要我们注意的是异形柱纵筋和箍筋、节点核心区抗剪承载力、轴压比限值等问题的设计。
1.纵向钢筋和箍筋
纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB335级钢筋;箍筋宜采用HRB335、HRB400、HPB235级钢筋。在同一截面内,纵向受力钢筋宜采用相同直径,其直径不应小于14mm,且不应大于25mm异形柱内折角处应设置纵向受力钢筋纵向钢筋间距:二、三级抗震等级不宜大于200mm;四级不宜大于250mm;非抗震设计不宜大于300mm。当纵向受力钢筋的间距不能满足上述要求时,应设置纵向构造钢筋,其直径不应小于12mm,并应设置拉筋,拉筋间距应与箍筋间距相同。
异形柱在选用箍筋时应该选用复合箍筋,并且在非抗震设计时,异形柱的箍筋直径必须大于0。25d(d为纵向受力钢筋的最大直径),且不应小于6mm;箍筋间距不应大于250mm,且不应大于柱肢厚度和15d(d为纵向受力钢筋的最小直径);柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3时,箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于200mm,且不应大于10d(d为纵向受力钢筋的最小直径);箍筋肢距不宜大于300mm对于异形柱加密区箍筋的设置问题,在实际设计中往往会忽略如下几个问题:⑴剪跨比小二的柱以及因设置填充墙等形成的柱净高与柱肢截面高度之比小于四的柱箍筋没有全长加密。⑵三、四级抗震设计时,箍筋加密区最大间距其中一个规定是应小于等于纵向钢筋直径的7倍,当纵向钢筋直径为12mm或者14mm时,箍筋在加密区最大间距就相应不超过84mm和98mm了。然而应该关注的是,对当下的规程而言,还没有把“纵向钢筋”的定义明确化。在本题述的“纵向钢筋”应为“纵向受力钢筋”。可是,由于此界定在实际设计审查中,还需要和当地审查单位核实沟通好,以免引起不必要的麻烦。
2.节点核心区抗剪承载力超限问题
根据《混凝土异形柱结构技术规程》5。3。1规定:异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算。在实际设计中,我们通过计算软件分析后通常出现如下提示:
“**节点域抗剪超限
N-C=3(29)Vjy=343.>FFC=0.23*FC*H*B=279. ”
这就是梁柱节点核心区受剪承载力不足所引起的。要避免梁柱节点核心区受剪承载力不足的况,根据《混凝土异形柱结构技术规程》5。3。5框架梁柱节点核心区组合的剪力设计值的计算公式,我们需从以下几个方面着手:⑴减小柱的计算高度。⑵增加梁柱节点处梁的截面有效高度、截面高度。⑶减小节点左、右两侧梁端弯矩设计值。
另外,我们在利用PKPM等设计软件对结构建模分析的时候,往往为了减小截面类型或者方便操作,通常在柱布置的时候进行了柱子的转角,这时候Vj所显示的超限方向就要根据原截面定义时的X、Y方向对应复核,而不是根据生成的图形去判断X、Y方向。当然,我们不能单一的为了某个节点不出现超限而只针对该节点作设计,我们应该要做的首先是在结构布、梁柱截面选取等方面去宏观控制结构整体刚度的均匀分布,避免刚度突变等情况,从根本上去避免上述问题的出现。
3.轴压比限值问题
异形柱在单调荷载,特别在低周反复荷载作用下,粘结破坏较矩形柱严重,延性比普通矩形柱差,因此,异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。《规程》6。2。2条根据结构体系、截面形式、剪跨比、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径d和抗震等级确定,在0.45-0.85之间波动,比矩形柱结构的柱轴压比限值低。所以,在程序试算后,应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值,并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的,PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值,只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时,程序才会报告轴压比超限。因此,异形柱的轴压比超限,必须逐一手工核算。
4.异形柱框架抗震能力差的问题
现状分析过程中,由于异形柱框架抗震能力差,要求当事人在实施时注意以下几点:⑴异形柱框架结构不对称时,扭转对其受力的影响;⑵异形柱框架结构在地震作用下的弹塑性分析;⑶若条件允许,尽量合理适量设置抗震墙;⑷异形柱框架结构在截面设计方面的软件的开发。
3 结论
通过以上分析研究得知:地震区节点受剪承载力计算公式不只是承载能力极限状态的受剪际载力问题,更应该注意的是节点设计在强震作用下吸收和耗散地震能量的过程中节点受剪破坏的发生率。由此证明,一方面需要考虑“承载力”方面的问题,另一方面则需要注意节点连接的构件能否到达结构吸收和耗散地震能量的延性标准。
Abstract: the paper analyses the stress of the shear wall structure characteristics, structure standard and the specific requirements of the design concept, the shear wall structure design of the note to do a simple summary.
Key words: the shear wall structure layout vertical layout of the lateral stiffness structural requirements
中图分类号:S611 文献标识码:A文章编号:
正文
利用建筑物墙体作为建筑的竖向承重体系,并用它抵抗水平力,这种结构称为剪力墙结构体系,同时,墙体亦作为维护及房间分隔构件。剪力墙的间距一般都在3~8米,适用于要求小开间的住宅、公寓及酒店式公寓等建筑。现浇钢筋混凝土剪力墙结构由于其整体性好、刚度大,因而在水平力作用下侧向变形小,由于墙体截面面积大,强度也比较容易满足,适合建造高层建筑的要求,在30层以下的高层建筑中应用比较广泛。
高层剪力墙结构承受的竖向荷载大,同时还要承受大的水平风荷载和地震作用,房屋的总高度虽然很高,但由于建筑日照要求进深尺寸和一般建筑差不多,因此造成高层建筑高宽比大,受力大,变形大,产生的次应力也比较大,而且,对一般建筑影响不大的因素,如温度、收缩和徐变等在高层建筑中将产生的一些影响将不容忽视,在方案设计阶段就应该注意这些特点。
剪力墙结构的平面布置,一般考虑以下原则:1.应满足建筑使用要求,这是最基本却是最重要的,因为我们结构设计所进行的一切工作,最终都是为了要实现建筑的使用功能。2.提高结构的总体刚度减少位移。随着人们生活水平的提高,人们对居住环境的舒适性要求越来越高,位移过大会造成人们的心里不安全感。3.考虑抗震要求,尤其是抗震构造措施的要求。4.考虑沉降、温度收缩及房屋体型复杂等因素对建筑的影响,合理布置和处理沉降缝、伸缩缝合防震缝。对于剪力墙结构的布置,《高规》7.1.1条明确规定,其布置应符合(1).平面布置宜简单、规则,宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置,两个方向的侧向刚度不宜相差过大,抗震设计时,不应采用仅单向有墙的结构布置。(2).宜自下到上连续布置,避免刚度突变。(3).门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁;宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置;抗震设计时,一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙,全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。单片墙的长度不宜大于8米,一方面剪力墙的长度太长,将使结构的周期过短,地震力太大,很不经济;另一方面剪力墙应该是高细的,呈受弯工作状态,才能使剪力墙具有足够延性,否则,剪力墙太长,形成低矮墙,就会由受剪承载力控制破坏状态,剪力墙呈脆性,不利于抗震。
根据建筑的空间要求和结构的概念设计要求布置剪力墙,到底应该布置多少墙呢?布置的墙过少了,结构的刚度过小,在水平作用力的作用下,结构将产生过大的位移,还有可能引起比较大的二阶效应,布置的墙过多可,无疑将增大结构的侧向刚度,地震作用也将加大,而且给基础造成的负担也加重,肯定是不经济的。一般,可以由结构的位移比、基本周期、剪重比来综合衡量。剪力墙的厚度可以根据《高规》7.2.1或者《抗震》6.4.1条的要求,并考虑轴压比的限值,具体可以参照《高规》7.2.13条要求执行。
对于竖向的剪力墙,《高规》3.5.1规定,高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免过大的外挑和收进,而且《高规》3.5.3对结构的竖向规则性做了明确的规定。结构的侧向刚度宜下小上大,逐渐均匀变化。具体设计时,普通剪力墙结构的剪力墙应在整个建筑的竖向延续,上应到顶,下要至底,中间楼层也不要中断,剪力墙结构不连续会使结构刚度突变,对抗震非常不利。对于框支剪力墙及转换剪力墙结构,应该《高规》第十章的具体严格执行。为避免普通剪力墙结构的刚度突变,剪力墙结构的厚度应该按阶段变化,每次厚度减少宜为50~100mm,使剪力墙刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。为减小上下剪力墙结构的偏心,一般情况下厚度宜两侧同时内收。围墙为保持外墙面平整,可以只在内侧单面内收,电梯井因安装要求,可以只在外侧单面内收。
整体墙和整体小开口墙,在荷载作用下,剪力墙水平截面内的正应力分布在整个墙截面高度范围内呈线性分布或接近于线性分布,仅在洞口附近局部区域有应力集中现象。这是剪力墙犹如一根竖向悬臂梁,在水平力作用下墙肢截面内的应力及墙肢变形可以用材料力学计算。当门窗洞口稍大时,两个墙肢的应力不再是直线分布,但是偏离不大,可在应力直线分布的基础上加以修正。双肢墙和多肢墙,由于洞口较大,剪力墙是一系列由连梁约束的墙肢所组成,可以用连梁连续化方法近似计算。当剪力墙的洞口尺寸较大,甚至于洞口上下梁的刚度大于洞口侧边墙的刚度时,剪力墙的受力特性接近于框架,但它又不是普通的框架,因为此时梁、柱截面尺寸较大,在墙肢与连系梁的交结区有刚域存在,可简化为带刚域的框架,用D值法计算。如下图所示:
所以一般在剪力墙的具体设计时,要求洞口宜上下对齐,成列布置,使剪力墙形成明确的墙肢和连梁。成列开洞的规则剪力墙传力直接,受力明确,内力分布清楚,因而经济指标较好,地震中不容易因为复杂应力而产生震害;错洞墙洞口上、下不对齐,受力复杂,洞口边容易产生显著的应力集中,因而配筋量增大,而且地震中常发生震害。剪力墙相邻洞口之间以及洞口与墙边缘之间也要避免小墙肢,墙肢宽度与厚度之比小于3的小墙肢在反复荷载作用下,比大墙肢早开裂、早破坏,在剪力墙具体设计时,对于这种小墙肢应该按框架柱的构造要求执行。
水平力作用下,整体墙和整体小开口墙受力类似与竖向悬臂结构,根据剪力墙结构的受力特点,在计算的时候,一般可以按平面结构假定地算。楼盖结构在其自身平面内刚度无限大,而在平面外的刚度很小,可以忽略不计,这样,楼盖将各片剪力墙连成一体,共同抵抗水平力,在楼盖平面内有相对位移,当结构有扭转时,楼盖只能做刚性转动。各片剪力墙在其自身平面内刚度很大,在其平面外的刚度很小可以忽略不计,这样就可以将整个结构划分为若干平面结构,共同抵抗与平面平行的水平荷载,垂直于平面方向的结构不参加受力,即横向水平力由横墙承受,纵向水平力由纵墙承受。当两片剪力墙正交时,计算一个方向的剪力墙受力,另一方向剪力墙的一部分可以作为翼墙予以考虑,这样计算更符合实际,因为纵横墙在其交结面上位移必须连续,在水平荷载作用下,纵墙和横墙是共同工作的。在结构设计的时候,不考虑扭转影响的情况下,各片剪力墙承担的剪力是按其刚度的大小分配的。在竖向荷载作用下,作用是靠楼板传递到墙的,根据楼板是单向板或双向板受力确定楼板上的荷载是一个或两个方向传递给墙,各片墙的竖向荷载按其受荷面积计算。竖向荷载除了在连梁内产生弯矩外,在墙肢内主要产生轴力。Pkpm在计算时,一般采用有限元理论分析,采用壳元来模拟剪力墙的受力状态,在四节点壳元的基础上,采用静力凝聚原理构造了一种超单元,每个节点有六个自由度,其中三个平动自由度,三个转动自由度,墙元不仅具有墙所在平面内的刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟工程中剪力墙的真实受力状态。
在剪力墙结构中,剪力墙布置的长短、位置对结构的整体信息都有较大的影响,尤其是周边地方的剪力墙,一定要根据建筑的功能布局考虑,充分发挥剪力墙结构自身的优势,做到结构布置合理,传力直接。经过结构软件分析后,根据总体信息,包括周期、位移、轴压比及各层配筋具体情况、超配筋情况,经过多轮的优化调整,就相对比较优化。
在施工图绘制的工程中,对于暗柱的配筋,不能单看各层构件的配筋,而要根据边缘构件的情况,结合体积配箍率及抗震构造,尤其是对于底部加强区的约束边缘构件,箍筋的直径、肢距、竖向间距及纵筋的面积配筋率一定要注意满足《高规》、《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》11G101-1和《建筑物抗震构造详图》(多层和高层钢筋混凝土房屋)11G329-1的要求。对于梁的配筋,根据软件的计算结果分析采用,再根据《高规》或《抗规》构造要求配筋。对于跨高小于5的梁按连梁设计,配筋的构造措施按《高规》7.2.27的要求,对于跨高比小于2.5的连梁,一定要注意其附加腰筋要满足要求;对于跨高比大于5的梁按框架梁的构造要求执行。
剪力墙结构的基础部分和一般高层的一致,天津地区一般采用灌注桩,布置桩的时候,尽量保证桩的整体中心和结构的刚心重合,而且要验算桩抗压承载力,桩身的承载力、抗震情况下的承载力。 总之,剪力墙结构的高层现在越来越多,计算水平及手段也越来越成熟,作为一个结构工程师我们要不断学习,将新的理念及研究成果应用到具体工程实践中,同时多分析一些同行的优秀设计,多和同行沟通交流,多向经验丰富的老专家请教,设计的明天一定会一天比一天好,希望我们大家一起努力!
参考文献:
1.《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010中华人民共和国住房和城乡建设部。
2.《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中华人民共和国住房和城乡建设部 和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 联合
3. 《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》11G101-1 中国建筑标准设计研究院
1.钢结构的建筑特点
(1)民用建筑中采用钢结构的建筑做法与传统结构形式区别较大,施工中可借鉴的经验不多,须做好前期细部设计,尤其是装饰装修与主体结构的结合。
(2)加工精度要求高,要加强构件加工工序质量控制及安装顺序的合理安排。
(3)焊接工作量较大,焊接质量要求严,对特殊工种人员的劳力组织及专业技能要求高。
(4)由于钢结构高空作业防护难度大,施工中安全管理要引起高度重视。严格安全操作规程,强化全员安全意识。
2.工艺原理及关键技术
(1)对原钢结构设计图进行了细化扩大节点设计,并达到了构件制作与整体安装的质量标准要求。
(2)采用先进、合理的加工机械设备(模具),防止构件出现焊接变形。提高钢结构框架安装精度。
(3)工序上进行了改进,在保证空间框架刚度的前提下先安装完全部钢框架主体结构后,再安装各楼层板。
(4)对高层钢结构工程内外装饰装修设计,采用科学合理的连接方式进行装饰施工。
3.工艺流程及操作要点
3.1钢结构节点细化设计
(1)应用绘图软件对钢结构框架节点结构按平、立、剖面进行1:1绘图放样。施工图纸细化设计,达到构件制作与整体安装的质量标准。
(2)利用钢结构计算软件进行各类构件的受力计算,利用cad图形设计平台对复杂连接节点和复杂构件放大样,建立钢结构符号节点库,实现图形信息微机化。
3.2加工制作钢结构构件
钢结构构件全部采用场外加工.其中钢柱每节按三层分段。在加工过程中要做好质量控制,并按照设计施工图和gb50205—2001钢结构工程施工及验收规范的规定进行验收。
3.3钢结构安装
3.3.1构件验收、矫正
钢构件在进入安装现场后,由专业质量检测人员对构件的质量进行检查弹出钢柱的安装轴线。若发现在运输过程中钢构件发生变形缺陷后,马上进行矫正和处理。
3.3.2地脚螺栓安装工艺
将地脚螺栓全部用上、下螺帽固定在钢套板上,用8的钢筋将地脚螺栓焊接固定在基础主筋上,加固完成后进行混凝土浇筑待上部结构安装调整完成后对所有钢柱底板下的间隙用c40细石混凝土进行二次灌注。
3.3.3安装与校正
a.安装顺序。按结构平面形式分区段绘制吊装图,吊装分区先后次序为:先安装整体框架梁柱结构后楼板结构,平面从中央向四周扩展,先柱后梁、先主梁后次梁吊装,使每日完成的工作量可形成一个空间构架,以保证其刚度,提高抗风稳定性和安全性。
b.钢柱的安装。为了便于调整柱的垂直度,在预埋螺栓上先拧上数个螺母(至少4个),全部拧到接触基础面,并用水平仪找平后,开始吊装钢柱。吊装钢柱时,为了防止意外事故出现(如雷雨天气,必须停工),在柱的上端活系两根缆风绳,可以四个方向临时固定,也可用来调整垂直度测量校正。钢柱吊装就位后,用两台经纬仪和水平仪对钢柱进行测控,微调通过调整柱底脚板下的螺母来实现。
c.主次横梁的安装。在第一个空间受力单元的4根钢柱安装完后,便可安装柱之间的主横梁和次横梁。在吊装过程中对吊点进行计算和试验。安装过程中先用撬棍插入钢梁两端的螺孔内,再将临时螺栓拧入,待结构安装精度调整达到标准规定后,将高强度螺栓自由穿人栓孔内。高强度螺栓的安装顺序原则上是以接头处刚度较大的部位向约束较小的方向进行,拧紧顺序是由螺栓群中心向四周进行,高强度螺栓紧固分为初拧和终拧,初拧扭矩一般控制在终拧扭矩的50%左右。
d.焊接。梁、柱安装采用手工电弧焊。原则是采用结构对称、节点对称、全方位对称焊接。多层焊接宜连续施焊,每一层焊道焊完后应及时清理检查,清除缺陷后再焊。焊接接头要求熔透焊的对接和角接焊缝。多层梁柱焊接时,应根据安装情况先焊顶层柱与梁节点,其次焊底部柱与梁节点,最后焊中间部分的柱与梁节点在焊接顶层柱与梁节点时,应先焊柱顶垂直偏差较大的部位,以利用焊接后收缩变形应力达到减少柱顶垂直偏差。焊接顺序宜从中间轴线柱向四周扩散施焊。
e.钢柱加长连接。钢柱安装顺序同首层,用高强螺栓将腹板两侧夹板紧固连接。在连接时,为避免造成轴线的积累误差,则必须注意每节柱的定位轴线均应从地面控制轴线直接引出,以保证整根柱在允许偏差范围内调整好后进行高强度螺栓初拧,待本层第一个空间结构受力单元安装完毕并检测合格后,对钢柱连接螺栓进行终拧。
3.4钢结构与装饰材料连接方法
3.4.1隐框铝合金玻璃幕墙
幕墙龙骨与h型钢柱的连接件采用180mm×l00mm×10mm角钢(l=100mm),型钢表面热镀锌防腐处理,龙骨为180系列隐框铝合金型材,玻璃为中空钢化镀膜玻璃。本工程幕墙龙骨采用型钢连接件直接焊于h型钢梁上,焊接形式为满焊,焊缝高度不小于8mm,焊接完按要求对焊点进行防腐处理。
3.4.2型钢骨架金属幕墙
本工程中外墙采用金属夹芯横墙板。幕墙龙骨采用方管,方管与h型钢柱的连接件采用110mm×70mm×10mm角钢(l=200mm),与主体h型钢柱竖向间隔900mm焊接一个固定点。焊接形式为满焊,焊缝高度不小于7mm;龙骨为180mm×70mm×20mm×3mmc型檩条。主体结构跨度为7.2m,c型檩条水平放置时,跨中挠度较大,影响受力要求,因此在跨中采用50角钢竖向作支撑。
3.4.3楼地面工程
楼板混凝土底模采用压型钢板,规格为yx-76-344-688。厚度为lmm,压型钢板与钢梁之问连接用栓钉规格为16×l10mm,间距400mm。混凝土浇筑前要验算压型钢板的强度和刚度。
4.质量要求及技术措施
(1)专职质检员对大型焊接、轧制h型钢等主要材料认真进行质量验收。
(2)构件上连接孔的孔径、孔距进行全部跟踪生产检查,对样板、模具、胎具每天至少检查一次。
一、要高度重视高层建筑结构设计的概念设计
1.概念设计的意义。高层建筑能做到结构功能与外部条件一致,充分展现先进的设计,发挥结构的功能并取得与经济性的协调,更好地解决构造处理,用概念设计来判断计算设计的合理性。
2.概念设计的依据。高层建筑结构总体系与各分体系的工作原理和力学性质、设计和构造处理原则、计算程序的力学模型和功能,要不断吸取积累经验。
二、要高度重视高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有:
1.水平力是设计主要因素在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
2.侧移成为控制指标与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
3.抗震设计要求更高。有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
4.轴向变形不容忽视。高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
5.结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
三、要高度重视高层建筑结构设计的四个问题
1.要高度重视高层建筑结构受力性能问题。对于一个建筑物的最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由一些大而重的构件所组成,因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的,而建筑设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系,所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布做出总体设想。
2.要高度重视高层建筑结构设计中的扭转问题。建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简面形式,当需要采用不规则 L 形、T 形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
3.要高度重视高层建筑结构设计中的侧移和振动周期问题。建筑结构的振动周期问题包含两方面:一方面是合理控制结构的自振周期;另一方面是控制结构的自振周期使其尽可能错开场地的特征周期。
(1)结构自振周期。高层建筑的自振周期(T1)宜在下列范围内:
框架结构:T1=(0.1-0.15)N
框一剪、框筒结构:
T1=(0.08-0.12)N
剪力墙、筒中筒结构:
T1=(0.04-0.10)N
N 为结构层数。
结构的第二周期和第三周期宜在下列范围内
第二周期:T2=(1/3-1/5)T1;
第三周期:T3=(1/5-1/7)T1.
(2)共振问题。当建筑场地发生地震时,如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近,建筑物和场地就会发生共振。因此,在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期,通过调整结构的层数,选择合适的结构类别和结构体系,扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别,以避免共振的发生。
(3)水平位移特征。水平位移满足高层规程的要求,并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时,地震力的大小与结构刚度直接相关,当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力小则结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全。其次,位移曲线应连续变化,除沿竖向发生刚度突变外。不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型。框架结构的位移曲线应为剪切型。框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。
4 要高度重视位移限值、剪重比及单位面积重度问题
(1)位移限值在结构整体计算的输出结果中,结构的侧移(包括层间位移和顶点位移)是一个重要的衡量标准,其数值大小从一个侧面反映出结构的整体刚度是否合适,过大或过小都说明结构刚度过小或过大(或者体现结构两个主轴方向的刚度是否均衡),以致要引起设计者对其中的结构体系选择、结构的竖向及平面布置合理性的再思考。
(2)剪重比及单位面积重度结构的剪重比(也即水平地震剪力系数)入=VEIGG 是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标。其大小主要与结构地震设防烈度有关,其次与结构体型有关,当设防烈度为 7、8、9 度时,扭转效应明显或基本周期
以上两个指标不仅在施工图设计阶段,而且在初步设计阶段都是非常重要的数据,其数值正常与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适,结构布置(包括构件截面确定)是否合理,电算数据输入是否正确,以及最后决定电算结果是否可信可用等,因此结构设计者对这两个指标切不可掉以轻心,更不可认为是无关紧要的。
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。
这种结构型式的特点是:
1.1 结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾;
1.2 墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置;
1.3 能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单;
1.4 连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽;
1.5 根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度要求。
对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的短肢剪力墙,应该用空间杆-墙组元程序进行校核。
在进行以上分析后,这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。
1.5.1 由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时宜布置适当数量的长墙,或利用电梯,楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防;
1.5.2 短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢,当有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂,应加强其抗震构造措施,如减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率;
1.5.3 高层短肢剪力墙结构在水平力作用下,显现整体弯曲变形为主,底部小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力,由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂,因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量,加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接,避免形成孤立的“一”字形墙肢;
1.5.4 各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近,必要时用长肢墙来调整刚度中心;
1.5.5 高层结构中的连梁是一个耗能构件,在短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对减小,连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,应按普通框架梁要求,控制砼压区高度,其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%-80%来解决,按强剪弱弯,强柱弱梁的延性要求进行计算。
2 异形柱结构
异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4,相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。
这种结构的特点是:
2.1 由于截面的这种特殊性,使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能力也有较大差异;
2.2 对于长柱(H/h>4)可以不考虑剪切变形的影响,控制轴压比较小时,受力明确,变形能力较好。而对短柱(H/h
2.3 异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范围之外,受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在,使柱肢易先出现裂缝,也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态,它使得异形柱较普通截面柱变形能力低,脆性破坏明显;
2.4 特别是异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。
在进行异形柱结构设计时,除满足高规中对结构布置要求外,还应注意几个方面的问题:
2.4.1 异形框架的计算
由于其截面的特殊性,在柱截面对称轴内受水平力作用时,弹性分析计算其翘曲应力很小,此时如同承受水平力的偏压构件,仍可按平截面假定分析,按砼设计规范计算,特别是在框――剪,框――筒结构中,对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地,框架柱只承担水平风载的一小部分,如按一般偏压柱计算,误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大,且水平力作用在非主轴方向,则翘曲应力不容忽视,按平截面假定误差较大,则应对异形柱框架结构进行有限元分析,决定内力和配筋位置及大小。
2.4.2 轴压比控制
对框架结构,框-剪结构,柱的延性对于耗散地震能量,防止框架的倒塌,起着十分重要的作用,且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析,柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。
在高轴压比情况下,增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小,因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要,特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合,剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝,产生腹剪破坏,加上异形柱多属短柱,这些导致异形柱脆性明显,使异形柱的延性普遍低于矩形柱,因而对异形柱的轴压比要严格控制。
当高层建筑的高度进一步加大时,其水平力的影响会愈来愈显著,对结构的延性要求也愈高。由天津大学土木系对异形柱延性资料可知,影响异形柱延性的因素比普通柱要复杂,且不同的柱截面形式,如L型、T型、十字型,在相同水平侧移下,其延性性能也有较大差异,因而,轴压比控制应参考天津规程。但天津规程的控制过于繁锁,在结构计算中,柱的纵筋与箍面的直径还没有设定,因而箍筋间距与纵筋直径的比值还无法确定。为在实际工作中便于使用,可按不同的截面形式(L、T、十字型)与不同的抗震等级两项指标从严控制,对低烈度地区的这类结构是能够满足其延性要求的。
1.短肢剪力墙结构
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构,常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。
这种结构型式的特点是:
①结合建筑平面,利用间隔墙位置来布置竖向构件,基本上不与建筑使用功能发生矛盾。
②墙的数量可多可少,肢长可长可短,主要视抗侧力的需要而定,还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置。
③能灵活布置,可选择的方案较多,楼盖方案简单。
④连接各墙的梁,随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内,可隐蔽。
⑤根据建筑平面的抗侧刚度的需要,利用中心剪力墙,形成主要的抗侧力构件,较易满足刚度和强度要求。
对短肢剪力墙结构的设计计算,因其是剪力墙大开口而成,所以基本上与普通剪力墙结构分析相同,可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况,精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广,但对墙肢较长的短肢剪力墙,应该用空间杆-墙组元程序进行校核。
在进行以上分析后,这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。
(1)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小,设计时宜布置适当数量的长墙,或利用电梯,楼梯间形成刚度较大的内筒,以避免设防烈度下结构产生大的变形,同时也形成两道抗震设防。
(2)短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢,当有扭转效应时,会加剧已有的翘曲变形,使其墙肢首先开裂,应加强其抗震构造措施,如减小轴压比,增大纵筋和箍筋的配筋率。
(3)高层短肢剪力墙结构在水平力作用下,显现整体弯曲变形为主,底部小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力,由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂,因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量,加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接,避免形成孤立的“一”字形墙肢。
(4)各墙肢分布要尽量均匀,使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近,必要时用长肢墙来调整刚度中心。
(5)高层结构中的连梁是一个耗能构件,在短肢剪力墙结构中,墙肢刚度相对减小,连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁,而不同于一般剪力墙间的连梁,不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调,使其设计内力降低,应按普通框架梁要求,控制砼压区高度,其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%-80%来解决,按强剪弱弯,强柱弱梁的延性要求进行计算。
2.异形柱结构
异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4,相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。
这种结构的特点是:
①由于截面的这种特殊性,使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能力也有较大差异。
②对于长柱(H/h>4)可以不考虑剪切变形的影响,控制轴压比较小时,受力明确,变形能力较好。而对短柱(H/h
③异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范围之外,受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在,使柱肢易先出现裂缝,也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态,它使得异形柱较普通截面柱变形能力低,脆性破坏明显。
④特别是异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。
在进行异形柱结构设计时,除满足高规中对结构布置要求外,还应注意几个方面的问题:
2.1异形框架的计算
由于其截面的特殊性,在柱截面对称轴内受水平力作用时,弹性分析计算其翘曲应力很小,此时如同承受水平力的偏压构件,仍可按平截面假定分析,按砼设计规范计算,特别是在框—剪,框—筒结构中,对6度及其以下烈度区的Ⅰ、Ⅱ类场地,框架柱只承担水平风载的一小部分,如按一般偏压柱计算,误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大,且水平力作用在非主轴方向,则翘曲应力不容忽视,按平截面假定误差较大,则应对异形柱框架结构进行有限元分析,决定内力和配筋位置及大小。
2.2轴压比控制
对框架结构,框-剪结构,柱的延性对于耗散地震能量,防止框架的倒塌,起着十分重要的作用,且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析,柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。
在高轴压比情况下,增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小,因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要,特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合,剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝,产生腹剪破坏,加上异形柱多属短柱,这些导致异形柱脆性明显,使异形柱的延性普遍低于矩形柱,因而对异形柱的轴压比要严格控制。
当高层建筑的高度进一步加大时,其水平力的影响会愈来愈显著,对结构的延性要求也愈高。由天津大学土木系对异形柱延性资料可知,影响异形柱延性的因素比普通柱要复杂,且不同的柱截面形式,如L型、T型、十字型,在相同水平侧移下,其延性性能也有较大差异,因而,轴压比控制应参考天津规程。但天津规程的控制过于繁锁,在结构计算中,柱的纵筋与箍面的直径还没有设定,因而箍筋间距与纵筋直径的比值还无法确定。为在实际工作中便于使用,可按不同的截面形式(L、T、十字型)与不同的抗震等级两项指标从严控制,对低烈度地区的这类结构是能够满足其延性要求的。
Abstract: the author analyzes the frame shear wall structure-the mechanical characteristics, combined with practical examples, this paper analyzes the frame-shear wall in the design of the design requirements and the matters needing attention.
Keywords: frame-shear wall synergy
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
正文:
框架结构可以实现建筑的大空间功能要求,但是高度是受限的,剪力墙结构具有较好的抗震能力,可以实现建筑层数上的要求,但是剪力墙结构的布置对开间要求是比较严,所以为了充分发挥框架和剪力墙各自的优势,框架-剪力墙结构应运而生。
框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成,这两种结构的受力特点和变形性质都不相同,框架在水平力作用下属于剪切型变形的竖向空腹悬臂构件,而剪力墙在水平力作用下属弯曲型变形的竖向悬臂构件,由于有刚性楼盖将框架和剪力墙连接成一个整体,使框剪结构成为一个空间结构受力体系,其变形既非剪切型亦非弯曲型而是剪弯型。如下图所示:
由上图可以看出,在框架-剪力墙结构的下部楼层,剪力墙的位移较小,它拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承受大部分水平力;而在上部楼层则相反,剪力墙的位移越来越大,有外倒的趋势,而框架则呈内收的趋势,框架拉剪力墙按剪切型曲线变形,框架除了负担外荷载产生的水平力外,还额外负担了把剪力墙拉回来的附加水平力,剪力墙不但不承受荷载产生的水平力,还因为给框架了一个附加水平力而承受负剪力。所以,在上部楼层,即使外荷载产生的楼层剪力很小,框架也出现相当大的剪力。究竟剪力在框架和剪力墙之间是如何分配的呢?
我们知道,在一般剪力墙结构中,由于所有的抗侧力结构都是剪力墙,侧移曲线类似,所以水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EIeq的比例大小分配。而框架的工作特点类似于竖向悬臂剪切梁,其变形曲线为剪切型,楼层越高水平位移增长越慢,在纯框架结构中,所有框架的变形曲线类似,所以水平力按各框架的抗推刚度D的比例大小分配。在框架-剪力墙结构体系中,由于有楼板和连梁的连接作用,使框架和剪力墙协同工作,有共同的变形曲线,因而在框架与剪力墙之间产生了相互作用的力,这些力自上而下并不是相等的,有时甚至会改变方向。在框架-剪力墙结构的设计中,一般在方案设计阶段,框架的轴线尺寸已经有建筑要求确定,梁、柱截面尺寸也可按照框架结构的要求决定。结构要最后确定剪力墙布置的多少及位置分布。在框架-剪力墙结构中,剪力墙是抗震的第一道防线,而框架是抗震的第二道防线。一般,剪力墙的数量多,地震震害轻,多设剪力墙可以提高建筑物的抗震性能。但是,如果剪力墙的数量超过了实际需要,超过了合理数量,就会增加建筑物的造价,在经济上是不合算的。剪力墙增多,结构的刚度也随之增大,周期缩短,地震力也加大,不仅使上部结构内力增大,材料耗用量增大,而且也使基础设计困难,基础造价提高。而且,增加剪力墙后,框架负担的水平力会有所减小,但是为了保证第二道防线充分发挥作用,它所采用的设计剪力Vf不能小于一定的限额,即使剪力墙再多,框架部分耗用的材料也并不能减少。一般在具体设计时,可以布置剪力墙使框架-剪力墙结构的楼层最大位移与层高H之比达到《建筑抗震设计规范》或《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定(ΔU/H不小于1/800)。而且,应保证在规定的水平力作用下,结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值满足规范规定,当框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总地震倾覆力矩的10%,框架不能跟剪力墙协同工作,所以应该按纯剪力墙结构进行设计,其中的框架部分按框架-剪力墙的框架设计;当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的10%但是又不大于50%时,二者按框架和剪力墙的理想协作关系发挥作用,按框架-剪力墙结构设计;当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时,说明结构中剪力墙数量偏少,框架承担较大的地震作用,此时框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用,剪力墙部分的抗震等级和轴压比按框架-剪力墙结构规定采用,但其最大适用高度不宜再按框架-剪力墙结构的要求执行,可比框架结构的要求适当增加;当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时,意味着结构中剪力墙数量极少,此时框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定执行,剪力墙部分抗震等级和轴压比按可按框架-剪力墙结构的规定采用,但其最大适用高度宜按框架结构采用,这种少墙框剪结构抗震性能较差,不主张采用,当结构的层间位移角不能满足框架-剪力墙结构的规定时,可按高规第3.11节有关规定进行结构抗震性能分析和论证。那么,剪力墙具体又该怎么布置呢?
框架-剪力墙结构中的剪力墙是抗震抗风的主要结构,应沿各主要轴线方向布置,在矩形、L型和槽型平面中,剪力墙应沿两个正交方向布置。一般情况,剪力墙应在纵横两个方向同时布置,并使两个方向的自振周期比较接近。布置原则是“均匀、分散、对称、周边”,均匀、分散是要求剪力墙的片数多,每片的刚度不要太大,《高规》规定,单片剪力墙底部承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的30%,因为片数太少,地震中万一个别剪力墙破坏后,剩下的墙再也无法承受全部地震力,局部损坏会导致全局性的影响,而且,地震力集中到一两片墙上,墙受得内力太大,截面实际困难(尤其是连梁),相应地基础承受过大的剪力和倾覆力矩,尤为难以处理。对称、周边布置是对高层建筑抵扭转的要求,剪力墙的刚度大,他的位置对楼层平面刚度分布起决定性的作用,剪力墙对称布置,就能基本能上保证建筑物的对称性,是水平力能从刚度合力点通过,避免和减小建筑物受到的扭转。另一方面,剪力墙沿建筑平面的周边布置可以最大限度地加大抗扭转的内力臂,提高整个结构的抗扭能力。剪力墙的间距太大,仅仅通过刚性楼板连接的框架和剪力墙的协同作用就不能充分发挥,所以一般剪力墙的间距不宜过大。剪力墙是结构的主要抗侧力构件,其刚度贡献至关重要,所以一般剪力墙宜贯通建筑物的全高,避免刚度突变,开洞时,洞口宜上下对齐。具体可以布置在以下部位:1.竖向荷载较大处,此处主要考虑:剪力墙可以承受较大的竖向荷载,避免了设置尺寸过大的柱子,满足建筑布置的要求;剪力墙是主要抗侧力结构,承受很大的弯矩和剪力,需要较大的竖向荷载来避免出现轴向拉力,(规范也明确规定,抗震设计的双肢墙,其墙肢不宜出现小偏心受拉)提高截面承载力,也便于基础设计。2.平面形状变化处,此处容易在楼面上产生大的应力集中,地震时也常常发生震害,设置剪力墙予以加强是很有必要的。3.楼梯间和电梯间,特别是在端部和凹角处设置楼电梯时,受力更为不利,采用楼电梯竖井来加强是有效的措施。当平面有较长的外伸时,宜在外伸段的适当部位设置剪力墙,以减少外伸段的无支承点的悬臂长度。
整体布置上,剪力墙宜成组布置,纵横向剪力墙宜合并布置为L形、T形和口字形,以使纵墙可以作为横墙的翼缘,横墙也可以作为纵墙的翼缘,从而提高其强度和刚度。同时剪力墙的长度也应当适当。为了保证剪力墙具有足够的延性,不发生脆性的剪切破坏,每一道剪力墙(包括单片墙、小开口墙和联肢墙)不应过长,总高度和总长度之比H/L宜大于2,连成一片的当个墙肢长度不宜大于8m,以免因剪切而破坏。而且,墙肢多长,中间部分的钢筋还未屈服,端部钢筋早就因变性过大而断开,致使许多竖向分布钢筋难以发挥作用。设置剪力墙后,端部的框架柱应予以保留,柱作为剪力墙的端部翼墙,剪力墙的端部钢筋配置在柱截面内,短柱加强剪力墙的承载了和稳定性,使剪力墙的延性大大提高。位于楼层上的框架梁也应保留,因为其作为剪力墙的横向加劲肋,可以提高剪力墙的极限承载力。同时,剪力墙宜设在框架梁柱轴线平面内,保持对中,如果剪力墙因建筑要求需要设在柱边,应加强柱的箍筋以抵抗扭转的影响。以下为几个框架-剪力墙结构的设计实例:
某医院,地下一层,地上十四层,设计时采用的是框架-剪力墙结构体系,最初只是在楼电梯位置布置了几片剪力墙,结构由于结构严重不规则,第一周期就出现扭转,后来经过多轮的试算,最后确定的剪力墙布置入下图所示:
某国税局主楼10层,如果采用纯框架设计抗震措施造价比较大,而且抗震性能也不是很好,最终采用了框架-剪力墙结构体系,布置剪力墙的时候也是试了很多次,最终选定的剪力墙布置如下图所示,既可以满足结构整体的抗震、周期、位移要求,又可以保证建筑造价经济。
综上,框架-剪力墙结构从建筑上来看,可以满足建筑的大空间要求,从结构上来讲,如果设计合理,可以充分发挥框架和剪力墙两种不同结构形式的受力优势,大大提高建筑物的抗震性能,而且还可以节约造价,可以说是一举多得。以上是本人设计的一点经验总结,由于水平有限,不足之处请各位同仁多加指教。
参考文献:
[中图分类号] R246.1 [文献标识码]B [文章编号]1674-4721(2010)05(c)-114-02
由于各种新型教学方法不断地进入医学教育领域,在教学工作中探讨和研究适合于中专生学习的方法势在必行。然而每种教学方法都有它各自的优点和缺点。教学中如何能做到扬长避短,同时还具有学科特点,是本校教师们不断探讨的问题。通过长期的教学实践和比较,笔者认为推衍教学法是一种适合中医内科学的教学方法。
1 目前我国中医内科学教学中几种常用方法的比较
1.1 传统教学法(LBL教学法)
表现为以教师讲授为主的课堂活动,教师可以在短时间内向学生传授大量的知识, 具有知识的系统性、全面性,能及时完成教学任务;学生以听和记为主,被动学习,缺乏积极性和自主性,易于发困,因而不利于学生思考、运用、创造能力的培养;学生对讲授的知识点也只是机械性地记忆,所以对知识的记忆也较差。多数学生习惯于这种教学方法。
1.2 PBL教学法
为以问题为基础的讨论式教学法,主要是教师课前提出问题,通过学生自学、讨论来学习相关的知识。学生对知识能加深理解和运用,增加学习兴趣,变被动为主动,活跃课堂气氛,培养了解决问题的能力[1]。此法需要学生有足够的基础知识,所需资源较多、对时间要求较多,易耗费学生大量的时间和精力,不易在规定的时间内完成教学任务,且所学知识不系统、不全面。由于传统教育观念根深蒂固,有些学生不适应这种学习方式。另外,现实中还存在着师资力量、教学条件、教学思路不足等问题。
1.3 学导式教学法
其基本结构为:“自学解疑精讲演练” 4个环节。课上要求学生自学教材,互相讨论交流,教师指导、解疑,并对关键的知识点进行精讲,最后学生作业练习。此方法可以发挥学生的主观能动性,使学生主动思考和探索知识,能开发学生的智能,培养学生良好的学习习惯及学习能力。本法需要根据教学内容和学生的综合素质而定,要经过逐渐过渡和逐渐适应的过程,适合自学能力较强的学生,对于有些学生尤其是自学能力较差的学生则白白浪费时间。
1.4 病案教学法
是PBL教学法的一种,以病案为基本素材,以学生为主体,教师创造情景,组织、引导学生讨论,寓原理于病案讨论之中,使学生能体会到知识的实践性,激发学生学习兴趣,能培养学生的临床逻辑思维、推理判断能力,提高学生的思考能力,语言表达能力。此法适合于有一定理论基础的学生,因此,在学习某一知识结束后采用较好,以培养学生运用知识的能力,也可用于新知识的学习之前,通过病案的实例来激发学生的学习兴趣,并引导学生进入课堂,但不适合从头到尾使用。
1.5 多媒体教学法
以多媒体技术进行教学,具有生动、直观、形象的特点,可用于语言讲述难以理解掌握的内容,可使教学内容形象直观化,变抽象为具体、变枯燥为生动,可帮助学生记忆和理解。中医内科大部分理论主要靠语言来描述,本法只适合少数宜形象、具体、生动的内容,不适合需要用语言来描述的理论部分,不适合经常使用。
1.6 LBL结合PBL教学法
是指在中医内科学教学中,一部分病证用PBL教学模式授课,一部分病证用LBL教学模式授课,以问题为主的授课分次穿插于理论授课之中。具有LBL和PBL两种教学法的优点,没有把LBL与PBL与学科特点三者之间有机地结合起来[2]。
另外,还有其他方法,比如探究式教学法、诊所式教学法[3]、“探索性写作”教学法[4]、循证医学教学法[5]等等。
除传统教学法外,PBL、学导式、病案式及其他教学法均以学生为主体,多属探究性学习。
2 推衍教学法的形成及分析
2.1 推衍教学法的形成
中医内科教学中采用多种教学方式虽然有利于学生的学习,但应用起来比较分散,不利于融合入知识的整体性中,仍有某些不足之处。尤其在教学中更不能给学生安排较多的时间去查阅资料或讨论问题。综合上述几种教学方法,分析其实质无外乎包含在讲授、问题、启发、引导、自学、发现、讨论等各种基本方法之中。根据不同的教学内容、不同的学科特点、不同的学生素质,应该灵活地采取不同的教学方法。由于中医各理论之间密切相关,内容整体性强、难于理解,而中等卫生学校的学生大多数是初中毕业生,文化基础较差,所以学习起来比较吃力,难以掌握。如何提高学生的学习效果、加大学生对知识掌握理解的程度,教学方法的选择就显得很重要。在多年的中医教学工作中,参考上述几种教学方法的实践效果,结合学生的综合素质,针对中医内科学的特点和规律,总结出适合中专生学好中医内科理论的教学方法,即“推衍教学法”,它是在推导法的基础上,根据建构主义理论中学习环境的情境、协作、会话交流和意义建构4大要素,结合中医内科学学科特点及教学内容,综合各种教学方式而形成的教学法。它保留了传统教学对知识的系统性和全面性,又体现了现代教学理念―教学互动、学生主体、知识建构等特点,起到了扬长避短的效果。
2.2 推衍教学法的内容
根据中医内科病证所共有的规律性,由教师通过各种教学方式,指导学生用已知知识进行思考和探究,从而逐步推衍出新知识。它以含义、病因病机、分证论治之间的密切相联性为主要结构,在此基础上进一步完成病证各项内容的一种教学法。这种方法主要表现在教学过程当中,其步骤为 “含义、表现脏腑或病位病机病因证型各证型的表现方药其他” [6]。
2.3 应用推衍教学法的优势分析
2.3.1 能将中医思维贯穿于课堂始终,使病证的各项知识紧密相联,恰当地将理法方药融于一体。由于推衍教学法重在对新知识逐步推衍而出,以中医的整体观和辨证观等思想为指导,遵循疾病的发展规律,由含义推出病因病机,再推出证、证候表现乃至方药等各项内容,巧妙地将中医理、法、方、药等一环扣一环地融合在一起,它能将中医思维贯穿于课堂教学始终,体现出理法方药于一体的整体性。
2.3.2 能激发学生学习兴趣,引导学生极积、主动地参与学习。建构主义认为学习应该是学习者以自身已有的知识和经验为基础主动的建构活动。在学习中医内科之前,学生已经学习了中医医础、中医诊断、中药、方剂等基础学科,推衍教学法就是在此基础上要求教师在教学过程中针对所要学习的内容提出一些能激发思考的问题,引导学生用已知的知识,以科学的中医思维方式去思考、去探究、去创新,通过合理的分析、讨论、判断,从而逐步推出新的知识点,达到构建新知识的目的。从课程的开始到结束,由于不断地出现问题,学生就会不断地去探讨问题、解决问题,从而促进了学生积极主动探究性学习。
2.3.3 有利于学生对知识的真正理解与长期记忆,促进了学生知识和能力的整体发展,为临床实践打下良好基础。推衍教学法主要表现在教学过程当中,它注重学生的学习过程和学习方法,遵循学生的认知规律,由学生通过自主探究构建自身知识体系。本法通过问题、讨论、启发、探究、分析、比较、创新等活动,逐步推出新的知识,这样前后知识点的因果关系清晰明了,使学生能够真正理解和长期记忆课程的主要内容。同时可使学生在学习时能将各科知识相互渗透、整合运用,对理论知识与临床运用也能融会贯通,使学生在学习过程中学会了对病证分析、方药应用的技巧,为将来的临床实践打下了良好的基础。
2.3.4 可使师生之间、学生之间保持有效的互动交流,有利于培养学生的情感态度和价值观。学习是师生之间相互作用的结果,而学生在学习时,总是带有一定情感,这种情感的投入与学生学习该学科过程中所获得的体验密切相关[7]。本法从教师提出问题到学生思考、探究问题,再到师生之间讨论、推断,直至新知识的生成,师生之间、学生之间会不断地进行沟通和合作。学生通过学习活动而获得知识会让他们亲身体验到成功的兴奋和快乐,体会到自身的价值,因此对学习《中医内科学》会表现出极大的热情和兴趣。在这种体验下,学生更愿意与他人交流与合作,在师生的互动、民主、平等、愉悦、和谐的环境下,彼此之间就会相互沟通、相互容纳,互敬互爱。这无形中对学生的情感态度和价值观培养起着重要作用。
2.3.5 既有传统教学的知识体系与结构,又能体现现代教学理念,是传统教学法与现代教学法的集合体。使用推衍教学法教学从开始到结尾都保留了中医内科知识的完整性,同时在教学过程中又注重学生学习过程及学习方法的培养及师生互动、学生主体等特点,因此是传统教学法与现代教学法的集合体。
3 总结
推衍教学法是在推导法的基础上根据建构主义学习理论结合现代教学理念与《中医内科学》特点形成的,通过师生之间、学生之间的互动交流、合作探究,使学生能够自主获得完整而系统的中医内科知识,达到建构新知识的目的,体现出了“知识与技能、过程与方法、情感态度价值观”三方面的整合教学效果。
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中图分类号:TU-86 文献标识码: A文章编号:1671-1297(2008)11-097-01
一、解构主义产生的背景
当轰轰烈烈的现代主义运动在60年代达到鼎盛并转向衰退时,“后现代”一说开始日益盛行,在这个庞大的后现代体系里,建筑上的后现代探索也是百家争鸣,极度热闹。在这里我不讨论后现代的内容,也不详说后现代建筑到底如何,我想讲述的仅仅是方向之一的解构主义建筑。
从二战到70年代之间的国际主义风格形成的单一垄断,简单到无以复加的建筑外貌严重地影响到了整个社会的发展,而战后各国经济的发展,人们生活水平的提高越来越要求人性化的设计,在这种时代背景下,一批有思想的建筑师们开始积极探索新的发展方向了。
我们都知道后现代是对现代主义的一种批判,后现代主义建筑也是同样的意义,在人们逐渐厌倦了一成不变的现代主义建筑后,世界各国的设计师开始积极探索新的风格,于是出现了新古典主义、高技术派、新理性主义、解构主义等,这些同时代的建筑实验各有特点,体现了不同的探索思想。
在当代,一件优秀的建筑作品总是首先以现代科技的运用为评价点,而作为建筑的本源――艺术形态问题越来越脱离人们的视野,所以解构主义其实是对现代建筑的一个回归与反思,这些大师们希望用艺术的视觉形象来再现建筑之美。当然,为了适应后现代的时代要求,高科技的运用也是必然的,在这种设计思想下,解构主义似乎有了神秘的情感价值。
二、解构主义建筑内外因素分析
(一) 社会因素
应该说解构主义是对结构主义的批判、延伸与演化,只不过现代主义理性思维的畸形发展在其中充当了一剂催化剂。我们知道结构主义是从社会学的角度谈的,目的是解决人类的思维方式问题,在70S人们反思现代主义寻找新的理论时,解构主义理论在其他学科的发展也顺势作为一种探索形式应用到建筑设计领域了,从本质上说在建筑里的运用也是对社会模式和思维观念等等的正统标准的一种批判,希望能用一种类似语言的符号形式在建筑和城市中产生视觉的和文化的价值意义。
(二) 思想渊源
一般谈到一种学说、理论或什么的思想时,我们就很可能把它上升到哲学的层面,解构主义的哲学根源也是极其复杂,60S后期法国哲学家德里达在《论文字学》中首次提出解构概念,核心就是“二元对立”,后来解构主义建筑正是借鉴了哲学、美学、语言学等各个学科的解构主义成果,提出了建筑设计时“本文”和“互文”概念,即显与隐的二元性,把传统建筑上的功能、结构、形式等突显在了一个非平等的地位,以解构求得不确定性。
(三) 形式表现
在形式上解构主义反对后现代主义的矫饰方式,喜欢用多元、模糊、凌乱的手法建立新的功能和样式,给世人的感觉总是特别新奇和复杂,就好象语言学上的语法、语意、语音一样,通过构件符号间的交流、重组、类似游戏性的设计规则形成了各种看似偶然的视觉形象。
三、解构主义在当代的发展
从20世纪后期开始,解构主义在全球范围内对当代社会造成了广泛的冲击。而解构主义思潮在建筑界作为后现代时期风格的一个代表,十数年来更成为瞩目的焦点。解构主义理论也使建筑理论家们敢于对被视为经典的现代主义建筑体系和理论提出了质疑,质疑现代主义和历史之间的脱离和虚构,动摇了现代主义建筑的权威。
在解构主义的发展中,出现了一批优秀的解构主义大师,有盖里、艾森曼、屈米、李普斯金、哈迪特等,出现了孟飞斯、KPF等这样的设计集团,他们的活动推动了解构主义的极大发展。
现在解构主义可谓先声夺人,特别在设计学院,建筑学院的学生,研究生中非常热门,但在很大程度上讲,它还是一种十分个人的,学究味的尝试,一种小范围的实验,具有很大的随意性,个人性,表现性等特点。我们可以通过他们的尝试性作品细细体会到。
中国当代建筑创作中的后现代倾向,源于美国建筑师贝聿铭设计的香山饭店,70S末80S初开始,解构主义建筑和理论被大量地介绍到了中国,如1988年《世界建筑》杂志发起评选“80年代世界名建筑”中就有相当数量的解构主义建筑。这些年来它也一直是中国建筑界的中心话题之一,对当代中国建筑产生了深远的影响。
四、解构主义的未来
(一)解构主义建筑现有的问题
①虽然解构主义在当代的发展轰轰烈烈,但它从产生起就没有提出过领导潮流,相反是以反对权威、反领导潮流为基本原则,因而这决定了它不可能有像现代主义建筑那样的广泛影响。②解构主义建筑多数带有实验性质,结构复杂,技术难度较大,而且造价相对昂贵,不能普遍推广,人们虽然对它的新奇风格感兴趣,但这些也决定了它不可能成为普遍风格。③解构主义建筑试图从建筑语言上重组建筑,但这也造成了建筑形式上的破碎感及与城市的文脉毫无联系,无法成为一个城市的有机组成部分。
(二)解构主义建筑的发展趋势
目前,国际建筑界在经历了后现代主义后也逐渐进入现代主义的另一成熟发展阶段,即现代主义之上的新现代主义。并且仍然是建筑设计的主流。所以,解构主义建筑只是对现代主义建筑的反思和探索,未来也会是一个独立于主流建筑风格外的实验尝试,解构主义建筑的目的也仅在热心于建筑发展的批判和推动,就好象置身于世界外的一个观察者。
参考文献
一、解构主义建筑的提出
上个世纪中期的法国,形成了一股结构主义的潮流,引起了西方各国的关注。到了1967年法国哲学家、文艺理论家、美学家德里达提出了解构主义理论,作为法国的另一种哲学思潮出现了,他的美学是属于后结构主义美学,其理论是出于对结构主义的瓦解、反对、否定的目的而产生的一股新思潮,德里达所提出的解构主义观点就是要消解作为结构主义存在基础的“结构”概念。70年代,西方不少先锋派建筑师开始将解构主义理论运用于建筑实践。于是,解构建筑产生了。
二、解构主义建筑的特点
解构主义最大的特点是反中心、反权威、反二元对抗、反非黑即白的理论。德里达本人对于建筑非常感兴趣,他视建筑的目的是控制社会的沟通、交流,从广义来看,建筑的目的要控制经济。因此,他认为新的建筑、后现代的建筑应该是要反对现代主义的垄断控制,反对现代主义的权威地位,反对把现代建筑和传统建筑对立起来的二元对抗方式。解构主义建筑的代表人物有丹尼尔・利伯斯金,弗兰克・盖里,伯纳德・屈米,彼得・艾森曼,扎哈・哈迪特等人。其中丹尼尔・利伯斯金由于其特殊的经历,对解构主义建筑做出了更多的诠释,下面就对其成名作柏林犹太人博物馆进行分析。
三、项目简介
犹太人博物馆是附属于原柏林博物馆“巴洛克式老建筑体”的增建部分,在1989年的设计竞赛中由利伯斯金拿下,1992年11月大楼动工,1998年竣工,1999年1月向公众开放。建筑总面积达到10000平方米,整个建筑平面呈曲折前行状,分为地下一层,地上两层。利伯斯金的方案将旧馆与新馆由一条虚空的中轴贯穿,新馆将分裂的箭形直插入这块场地,冲破了巴洛克风格的三叉几何形,零散的形体设计,隐射文化与城市结构遭到的破坏,也是对当局折衷主义的城市规划的否定;对比强烈的新旧建筑,同时也寓意着犹太民族在这里被断裂的历史。工程1992年动工,在建造过程中,遭受连续不断的波折和人们种种不同的评价。因为他的方案从根本上震撼了形态学的研究方法,首先是摆脱和谐、明净,代之以不和谐、神秘;其次是不强调完美、统一,代之以破坏完美、破碎。利伯斯金自从接手这个竞赛之时,他已经穿上了“犹太人”甚至“大屠杀后裔”的圣袍,以一种非客观的思维方式在做设计。利伯斯金在设计中倾注了自己的“情结”,也让建筑充满了争议。争议首先在于建筑的形体来源。在利伯斯金自己的文字中说,“I began plotting the Berlin addresses for names taken at random from the Hedenkbuch on my map of the city.”也就是说过,建筑体曲折行进的方向,是利伯斯金依照一些曾在柏林住过的名人住址所决定的;即找出名人地址在柏林市地图上的位置,和博物馆所在地连系而构成方向性。第二个争议在于其意义深远的入口。事实上缺乏地面入口是“不合理”的做法,无论是在古典的或者是现代建筑而言,通常一个醒目易入的入口是相当有必要的。但犹太人博物馆有些许不同,它很著名。第三个争议是关于博物馆内部空间体验的。曾有人这样评价道:“反复连续的锐角曲折、幅宽被强制压缩的长方体建筑,像具有生命一样满腹痛苦表情、蕴藏着不满和反抗的危机,令人深感不快。丹尼尔・利伯斯金设计的犹太人博物馆的整个建筑,可以称得上是浓缩着生命痛苦和烦恼的稀世作品。”以上3个争议点代表了解构主义的特色,代表了利伯斯金采用了非客观的设计态度,他抛弃了一些功能使用上的需要来增强其纪念性,这是犹太人博物馆走的道路,不是其他博物馆的。因此我们可以认为,利伯斯金的柏林犹太人博物馆设计是成功的。
通过对柏林犹太人博物馆的深入分析,我们可以得到如下几点解构主义创作的原则:(1)对完整、和谐的形式系统进行解构。在解构主义建筑出现之后,一切都改变了,建筑成了一种即兴创作, 这里没有秩序,没有和谐,只有杂乱和冲突。(2)对建筑中心论进行解构。他们打破了这种固定的,空间有登记的思维惯性,代之以更具有前瞻性和更富有弹性空间的组织形式。(3)对建筑传统的功能意义与价值进行解构。(4)对建筑确定性进行解构。伯纳德・屈米指出“混沌理论”,即建筑的非功能特性理论。由此对建筑的确定性和传统性本质提出挑战。强调功能上的交换性和不确定性,在审美意义上追求富有震惊效果的建筑。但是,从可持续发展的角度来看,在能源问题和环境问题已成为人类面临的两大难题之时,解构主义建筑耗费了大量不必要的资源和财力。