建筑的复杂性

建筑的复杂性（精选10篇）

建筑的复杂性 篇1

在信息时代复杂网络理论将会使人从潜意识的知性中逐渐转变为自觉的行为准则，复杂性网络研究将会使各个系统与学科联系成一个更加丰富而有意义的有机整体。在建筑设计过程中，复杂性网络思维是衡量设计优劣的试金石。

——题记

古代人营造，就地取材，凭借对大自然的领悟，在广阔无垠的空间中划分一块领地作为安身之家。在知性上是有机的，带有某种混沌的整体性思考，而在方法上则是极为简单的建造方式;近代人营造，出于对科学的崇拜，运用理性的思考，借助技术的支撑，营造出一批批近现代建筑。在思维层面上，以理想的技术为中心，将自然作为建筑设计的背景，在方法层面上，亦形成相对完整的体系——简单性网络设计方法;当代人营造，不仅需要考虑建筑本身的营造逻辑，更注重建筑与自然的深层联系，与人类变化万千的生活方式相结合。在思考层面上，强调系统性思维，在方法层面上，复杂性网络设计将会成为主要发展趋向。

复杂网络理论

随着科学的发展，非线性科学与复杂性科学由起初的精英阶层研究成果渐渐进入大众的视野，并改变着人类对大千世认知的图解，并运用到现实世界的各个领域。

人类世界、社会生活、自然世界，网络无所不在，从早期人类生活中出现的渔网、箩网、铁丝网，到现实生活中的人际关系网，如朋友网、同学网、血缘网，以及当代科技发展的生态网络、市场网、互联网等网络举不胜数。网络分类主要分为两大类：他组织网络与自组织网络。他组织网络相对简单与易解，而自组织网络则具备复杂性特征，其求解程度比较困难，必须依托计算机进行求解。网络理论亦将网络分为规则网络、随机网络与复杂网络。从目前研究层面看，关于复杂网络理论主要分“小世界网络”与“无标度网络”。小世界网络理论的提出者是瓦茨(D.J.watts)与斯特罗盖茨(S.Strogatz)，最著名的概念是“六度分离”，即“这星球上的每一个人都不过是被其他六个人分隔开来”。瓦茨将规则网络与随机网络结合起来，在规则网络的基础上加入随机性，并建立了小世界网络模型，称之为WS模型，从而揭示小世界网络生成机制。无标度网络呈现幂律特性，表明系统具有标度变换下的不变性，主要表现为：大量结点，少数连线;少数结点，大量连线(图1)，网络中结点之间关系呈不对称特征，具有择优倾向。与随机网络、小世界网络相比，无标度网络研究的是网络的动态特性。

网络的基本特征是连线纵横交织，形成许多闭合的网眼，复杂网络集链、树、环为一体(图2)。网络是连通性与稀疏性的统一，现实的复杂网络介于两者之间，既有很高的连通性，又有足够的稀疏性。系统结构的复杂性、性质的复杂性和行为的复杂性，均与网络性有关。从网络观点看，系统的生成和演化可总结为两个方面：一是结点的改变，二是连线的改变。小世界网络模型适用于描述给定系统的演化规律，无标度网络更便于描述系统的新陈代谢特征。前者可用作构成论的描述，后者可作为生成论的描述。[1]

历时性回顾

在复杂网络理论出现之前，各个不同的历史时期总有一些建筑师在自觉或不自觉地运用复杂性网络设计思维从事建筑实践。中国现存的紫禁城布局，原初的设计者们就曾试图参照天文学行星的位置关系布局皇宫，以隐喻皇城与天穹的关联性。柯布西埃在设计朗香教堂时(图3)，其平面布局与形态特征不仅表现他对人体网络的充分研究以及对声学的关注，同时其平面特征充分体现柯布对宗教的领悟，在作品中，柯布起码运用了三个不同的网络思考进行创作：人体形态网、宗教关系网与声学网。阿尔托的设计作品在体现对现代建筑精神领悟的同时，亦反映对人类细腻情感的捕捉，以及对芬兰大自然网络的交错运用。近年来，自觉运用复杂网络设计的建筑师亦有不少优秀案例，杨经文在设计中充分考虑自然生态关系网;丹尼尔·里伯斯金在设计犹太人博物馆时，对散居在柏林的著名作家、作曲家、艺术家与诗人的居住地与工作场所进行关联性研究，并构成复杂性设计网络，运用到建筑空间与形态设计中(图4)。伊东丰雄在设计仙台媒质机构时，根据人行为活动的不确定性网络而构建了独特的空间结构体系。

设计转换研究

运用网络理论分析，传统的建筑设计策略与方法呈现两种方式，一种是无网络思考，另一种是欧几里德几何简单网络求解。无网络设计将建筑视为孤立的存在，无视周边的环境、邻里关系，更谈不上建筑与自然的关联，将建筑视为标准化产品，放之四海而皆准的设计与营造方式，国际式建筑则是典型代表。近三十年发生在中国的房地产开发亦存在同样的问题，划地为块、过多追求容积率、与城市肌理毫无关联的“大院”式小区布局，造成了小区的有序与城市的无序状态。欧几里德几何运用则是带有简单网络思维的设计方法，“杰佛逊”网格运用在美国国土划分上，美国各个城市亦依据同样的划分策略进行，建筑师在城市的土地方格网中营造矩形和方形的建筑。“千城一面”现象是在这样宏观的方格网体系中理性设计的产物。

复杂网格设计是系统的设计策略与方法，摒弃了建筑的孤立性求解方法，同时亦对机械的传统几何网格设计进行修正与更新。建筑为人而造，定位在特定的环境中，因此设计首先必须考虑人类系统网络与环境系统网络的叠合，系统中的各个层级属性对设计思考具有重要的借鉴意义，自然的生态系统、人类的情感世界、先进的技术与材料均必须在复杂网络设计中体现。只有在这样的原则指导下，建筑的场所、空间、形式与建造才能真正反映人类生活的有机世界与场所精神。

复杂网络设计使抽象的设计理念生成有形的关系联络图，从而使封闭的设计思维系统转向设计要素相互联系的开放系统，以建筑的具体场址为建筑关系图的节点，与特定建筑、场所与使用人群有关的网络要素进行有机叠加从而生成建筑空间与场所。

复杂网络设计为建筑师提供新的设计思路，其系统的设计方法已初见端倪，但仍有大量新的生长点有待开发，作为设计策略与方法研究，基于生态学、现象学与环境行为心理学的研究将会不断丰富复杂网络设计结构性框架，从而为建筑与场所的营造奠定某种可参照的方法。

自然网络

机械时代的现代主义建筑所显现的最大症结是对深层次自然网络的漠视以及对人类情感网络重视的不足。自然系统是深度复杂的网络系统，有无穷无尽的奥秘等待着人类去认知与探索。自然的深层结构是复杂的网络结构，层层相嵌，环环相扣，变化无穷。与建筑直接关联的有场地周围的地能、风能、热能、太阳能;自然植物形态与结构、地形、地貌、生态廊道;间接联系有：全球气候条件与地域环境因子。那种将自然作为征服对象的信念与“人为自然立法”的诳语，现在看来是多么的荒谬与无知。今天的设计只有向自然学习，充分考虑复杂的自然网络，才能使建筑与自然成为有机的统一体，而非对立的二元结构，唯有此，建筑才具备长久的生命力。建筑植根于自然中，是复杂自然网络中的一个结点，而非是网络之外的附加物。在设计过程中研究自然网络的动态特性，掌握其拓扑结构，并进行无标度网络建模生成，建筑生成体现在择优的过程与新陈代谢性，未来的建筑设计要求建筑师具有各种其他学科的基本知识，那种仅仅依靠“功能泡泡图”，只注重建筑自身生成逻辑的设计思维将会逐渐被替代。

知觉体验网络

人类的情感世界丰富而细腻，同时每个个体亦呈现出不同的特征，复杂的知觉体验网络与建筑设计的有效对接方能铸就成功的建筑作品。感受空间与场所的方式通过知觉体验得以实现，视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉五种知觉元素共同形成复杂的知觉网络[2]。在现代主义时期，建筑设计以抽象空间设计为首位，而忽略具体空间与特定场所，将具有生命力的人类生活空间基础与设计相脱离。当下，设计过多追求视觉刺激的商品语言充斥着中国的城市与乡村，从而削弱了关于来自身体的其他知觉体验的设计思考。在建筑设计的研究中对知觉系统的重视，意味着对空间抽象性设计有意识的弱化，从而追求空间与场所设计的整体性，以使用者的综合知觉体验为切入点构思空间场景。建筑现象学的研究对知觉体验作了大量的定性研究，而关于复杂知觉体验网络在设计中的应用不仅需要定性的研究，更需要定量的分析，借助于人类行为、体验网络的求解与具体案例分析，新的设计策略与方法将会逐渐形成，并用于指导设计实践。复杂性网络理论研究倘处于起步阶段，对知觉体验的复杂网络设计研究亦是一个漫长的过程，然而这是设计进化的新起点。

数字设计

在信息时代离开数字设计，复杂性思维与复杂网络设计方法应用将会举步维艰。运用数字设计对各种复杂网络进行模拟与求解是网络理论在建筑设计中应用的必要条件。只有在创新性数字技术的推动下，才能对人类系统、环境系统与建筑系统的复杂性网络做出设计上的回应。通过参数化设计工具，将复杂网络的理论应用于设计领域，整合建筑空间、形式与场所，构建具有灵活适应性的空间系统，使之植根于自然，服务于人类。借助计算机集成系统求解影响设计的各种复杂性因素，并构建行之有效的复杂性网络，运用数字建构技术，使复杂概念变成建构现实。数字设计、数控建造是设计与建造史上的一次革命，而关于复杂性网络思考、复杂网络设计方法与数字设计的有效集合，将会铸就建筑发展史上的第三次浪潮。

结语

复杂网络理论在设计中的应用是必然的趋势，在认知层面上，复杂网络改变了传统建筑设计排除法的抽象设计思维，将宏观宇宙、生态自然、社会生活与知觉体验等一系列自然现象与人类活动编织成一张复杂而有机的整体网络。在当代，数字技术、数字设计、数字建构、计算机集成建筑信息系统的研发与深化将成为建筑师复杂性网络设计求解的重要手段。

摘要：运用复杂网络理论,从思维转换、自然网络、体验网络、数字设计等方面进行建筑设计拓展性研究。

关键词：网络,复杂性,知觉,数字

参考文献

[1]苗东升,系统科学大学讲稿,北京:中国人民大学出版社,2007

[2]沈克宁,建筑现象学,北京:中国建筑工业出版社,2008

建筑的复杂性 篇2

复杂性理论的哲学思考(上)科学的转型:从简单性科学到复杂性科学

20世纪30～40年代后兴起的复杂性科学,标志着人类认识世界的视角发生了根本性的转变--从追求简单到正视复杂,是科学自身向辩证思维的复归,是一次重大的`科学范式的革命,必然成为辩证唯物主义新发展的切入点.王志康论述了现代复杂性科学理论对辩证唯物主义发展有重要启示的十个方面.苗东升则论述了科学系统进入新的转型时期后,由工业-机械文明向信息-生态文明的转变为之提供了强劲的环境选择压力,科学自身正在孕育其新的形态,新型科学大体即复杂性科学.

作 者：苗东升 作者单位：中国人民大学,哲学系,北京,100872刊 名：河北学刊 PKU CSSCI英文刊名：HEBEI ACADEMIC JOURNAL年，卷(期)：24(6)分类号：N031关键词：复杂性科学 辩证唯物主义 发展 科学转型 文明转型

建筑的复杂性 篇3

关键词：附着升降脚手架；复杂形状建筑物；典型建筑结构；结构调整；施工技术 文献标识码：A

中图分类号：TU731 文章编号：1009-2374（2015）14-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.063

1 不利附着升降脚手架的典型建筑结构

1.1 建筑外围有较多阳台、空调板及飘窗

此类型结构常见于高层、超高层住宅楼，它们是建筑物室内的延伸，是居住者呼吸新鲜空气、晾晒衣物、摆放空调、盆栽的场所。但由于其结构设计时即无法承受较大外力特点，使得飘窗及部分阳台无法承受附着升降脚手架传递的外力，即附着升降脚手架不得在飘窗及部分阳台处设置承力点，这就给附着升降脚手架的布置造成了困难，同时也使附着升降脚手架的离墙间距大大增加。

1.2 建筑物沿立面方向有较多伸缩变化

此类型结构常见于复式住宅楼结构。该类建筑结构的特点是，每一层的外廓在立面上常有伸缩变化，且变化尺寸较大，一般伸缩尺寸大于1m以上。常见奇数层与偶数层的外廓尺寸有伸缩变化，造成了附着升降脚手架附着的困难。

1.3 建筑外围沿水平面呈曲线形

此类型结构常见于建筑正面或阳台造型，常见的曲面造型为圆弧形，同样造成附着升降脚手架附着支撑设置的困难。

1.4 后无连接板的简支梁结构

此类型结构常见于建筑采光井处。该类结构由于后无板面支撑，无法承受较大的横向支撑剪力，因此不利于附着升降脚手架的附着。

2 附着升降脚手架在复杂建筑结构中的处理方法

从上述典型建筑结构及其特点的分析可以将复杂建筑结构的特点归纳为，建筑物沿立面或水平面不再呈单调的直线造型，而是有所变化，即沿立面方向表现为伸缩变化，沿水平方向表现为曲线变化；建筑物对应附着升降脚手架附着点处无法承受附着升降脚手架传递的支撑剪力。造成附着升降脚手架的设置存在以下问题：（1）如何使附着升降脚手架能实现无阻碍升降；（2）如何在曲面上设置附着点，使其能保持附着支撑的稳定；（3）如何弥补增大后的离墙间距；（4）如何确保附着升降脚手架的支撑点受力能满足要求。

下面就上述问题逐一提出解决方案：

为了确保附着升降脚手架能无阻碍地升降，首先应确定建筑物需使用附着升降脚手架的所有楼层，找出上述楼层沿立面有伸缩变化的部位，再确定每个立面水平方向的最大径向尺寸，最后按该尺寸确定附着升降脚手架主桁架的搭设位置。

在曲面上设置附着装置时，由于其形状的特殊性，使其与附着装置间呈竖直线接触状态，无法确保水平方向的稳定。因此在建筑曲面处设置附着点时：第一，应确保附着点处建筑结构呈向外“凸”形；第二，应尽可能选择曲率半径较大的曲面段作为附着支撑点；第三，应使附着提升梁的轴线与附着支撑点处曲面的法线重合；第四，在安装附着提升梁时，应在提升梁端部与建筑物间适当放置垫物，使其与建筑物紧密接触，增加其受力时的稳定性；第五，对于曲率半径较小，又必须设置附着支撑点的曲面段，可定制专用悬挑提升梁（如图1），并将其设置在梁板面上（标准提升梁是设置在梁的侧面），从而避免设置在曲面上，造成提升梁的不稳定。

由于建筑挑出结构的存在，以及建筑沿立面的伸缩变化，必然造成附着升降脚手架在局部出现离墻间距过大，大于标准间距（500mm）的问题。针对该问题，可分为两种解决办法。对于离墙间距超出标准间距的部分小于400mm的，附着升降脚手架在提升完毕使用期间，可在该处临时增搭局部悬挑水平钢管架，待提升时再拆除。对于离墙间距超出标准间距的部分大于400mm的，可在该处设置水平活页式钢管架，当附着升降脚手架提升时，可将其向上翻起呈竖直状态，并将其与水平主桁架固定牢固，使其可随架体一道提升，当架体提升到位后，再将其向下翻转呈水平状态，搭靠在建筑上，从而达到安全防护的目的。

附着升降脚手架的附着支撑系统设置在阳台或后无连接板的简支梁处时，为确保支撑点处的受力能满足要求，应采取以下措施（图2）：（1）在支撑点处预埋螺栓孔时，应增加钢筋，提高混凝土标号等措施，以增加支撑点处本身的强度；（2）在支撑点下方设置顶撑，改变建筑结构受力状态，使其危险截面的受力减小；（3）对提升梁进行上拉卸荷，减少提升梁对支撑点处建筑结构梁底部的水平压力。

3 附着升降脚手架在复杂建筑施工应用时必要的结构调整

随着建筑结构的变化，必然带来附着升降脚手架的主体结构的变化。如离墙壁间距的增大，必然造成提升支撑梁的加长，提升梁的最大长度不得超过标准长度1.5m；架体局部形状复杂处，无法采用定型桁架，只能搭设钢管脚手架，代替定型桁架，且该处在提升到位使用时，应采用钢丝绳斜拉，以增加其刚性。附着升降脚手架的这些结构改变处，应进行必要的验算。

3.1 加长提升支撑系统的验算

3.1.1 承力拉杆的验算：

α=arctg（H/L）

T=G×cosα

T/A≤〔σ〕

式中：

T——承力拉杆所受的拉力

G——附着升降脚手架承受的总荷载

A——承力拉杆的截面积

3.1.2 提升梁的验算：由于提升梁为受压构件，且其长细比较小，可不验算，但应注意加长梁最长不应超过标准长度1.5m。

3.2 搭设钢管脚手架代替定型桁架的验算

3.2.1 强度校核：

强度校核公式：

σ=N/A

附着升降脚手架水平梁架采用普通10#槽钢，局部采用上下双弦钢管（双钢管），由于在同等跨度下，采用何种形式桁架，其承受的计算荷载是一致的，所以N（轴力）相同，因此校核双钢管截面积与槽钢截面积即可比较强度。

10#槽钢的截面积为1274mm2，Φ48标准钢管截面积为489mm2，则采用槽钢作为桁架的总截面积为：1274+489=1763mm2，采用钢管作为桁架的总截面积为：489×4=1956mm2，故强度校核符合要求。

3.2.2 稳定性校核：

校核公式为：

σ=M/W

10#槽钢的抗弯截面距为39.7cm3，Φ48标准钢管抗弯截面矩为5.08cm3，双弦钢管抗弯截面矩为11.16cm3，抗弯截面矩比为3.4倍，采用槽钢，桁架结构为悬臂梁，采用双弦钢管且有刚性梁处引钢丝绳斜拉，桁架结构为简支梁，在同等跨度下简支梁W=PL/4。悬挑梁W=PL，即采用槽钢悬挑部分与采用双弦钢管加钢丝绳斜拉，弯距比为4倍，故采用双弦钢管加钢丝绳斜拉在稳定性方面也符合要求。

4 结语

附着升降脚手架在复杂结构建筑施工时，只要随着建筑结构的变化而采取相应的措施，同时做出必要的局部结构改变，就能满足施工需要，同时确保施工安全。

参考文献

[1] 张小虎，李骏，袁盛.附着升降脚手架在特殊建筑结构施工中的应用[J].建筑机械化，2012，（S1）.

作者简介：邓里（1975-），男，四川营山人，中建海峡建设发展有限公司工程师，研究方向：机械设备及脚手架。

高层建筑结构选型的复杂性研究 篇4

1高层建筑结构选型复杂性分析

1.1 高层建筑与城市社会发展的关系密切

我国城市化速度在未来50年中仍将呈稳定、持续加快的趋势[1,2]。城市化进程的加快及我国人口的持续增长必将导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活等各项社会活动用地日趋紧张、地价飞涨。为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复杂性及建设速度也将呈上升趋势。高层建筑已成为人们解决城市问题的重要手段之一,它与城市社会发展的关系日益密切。

1.2 社会对高层建筑结构质量的需求提高

1)人们对现代高层建筑全寿命使用功能的要求更加全面、综合与复杂,并要求其具有一定的复合性、动态性及适当的超时代性与开放性;2)城市面貌、规划与周围环境等对高层建筑的美学形象特征要求更高、更现代,高层建筑已被赋予了成为业主、城市和时代标志与象征的重要内容,其美学价值与广告效应也将成为城市的重要文化财富;3)对技术性能的要求已超越了强度刚度等传统性能,向更能体现高层建筑结构系统存在的本质目的及其受荷特性的更全面、更客观、更人性化的整体组合性能要求转化,即向包括结构整体强度、刚度、动力特性、防灾减灾、能量耗散、可持续发展、经济与环境等性能在内的需求转化等。

1.3 高层建筑结构复杂性提高

现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。且优化目标从局部转向系统整体,从单目标转向多目标综合,选型的难度与风险加大,需投入的人力物力增加,时间增长,选型不当带来后果的危害增大,修补困难,结构选型在高层结构设计中的重要地位日益突显。主要表现为:1)需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,不规则、不对称体形增多,建筑内部几层甚至几十层的大型洞口、楼板的大型开洞与大空间频现,为增大建筑净空高度,楼盖梁的高度减小甚至取消,楼面无穷刚的假设面临挑战,刚度突变、空间整体性降低、各结构子系统间的协调能力下降,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。2)随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显,结构系统选择不当带来的资源、资金浪费及给投资巨大的高层工程带来的安全隐患与风险也将更大,结构系统更需优化。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。3)高层建筑跨越的时间较长,且建筑方案、地震地质与周边环境条件又日益复杂多变,再加上新材料、新技术、新工艺与新型现代结构体系形式的不断出现及应用,结构形式优化设计所面临的对象及其需关注与协调的问题、需考虑的影响因素等日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。4)SARS过后,随着文明程度的提高,人类将会更加关注人性,人们完全有理由与时俱进地要求使用人数多、投资大、跨越时间较长的高层建筑,具有性能更先进、抗灾能力更强、更能满足人们对其工作与生存生活环境更高安全性需要的高性能结构系统,这既是对选型的新要求、新思考与新挑战,也是继传统技术性能等要求之后的更高层次的要求。上述情况决定了结构形式优化是一个多变量、多目标、多约束的综合智能优化问题,且结构形式优选的难度、复杂性与风险加大,结构选型在高层结构设计中地位日益重要。

1.4 高层结构方案设计质量要求提高

加入WTO后,随着我国建筑设计市场的逐步开放,工程设计的国际化趋势已渐明朗,按国际惯例,重视和提高我国结构技术方案设计(包括结构选型与结构布置等)水平、质量与效率,已迫在眉睫,这是新时期我国设计行业发展的要求。工程设计水平和能力是衡量一个国家、地区和部门工程创新与竞争能力的决定性因素。面对世界高水准与高质量的结构设计及高设计费、高损失赔偿、重结构方案设计的惯例与运作模式等的冲击与竞争压力,如何转变传统的只重视初步设计和施工图设计不重视结构技术方案设计的观念,克服结构系统形式单一、技术含量较低、创新性不够等方面的不足,提高设计质量及其技术水平,迎接新的挑战,将成为我国设计行业面临的亟需解决的重要课题。

1.5 融合利用智能科学是解决选型问题的要求

现代结构工程学科及信息与智能科学等相关学科的发展,为高水平解决结构选型设计问题提供了技术、方法、手段和理论等的支持。一方面,现代结构工程学科在工程结构新材料、新技术、新工艺、新型结构构件与结构体系形式以及先进的分析计算方法和手段等方面的发展,为各类更高和更复杂高层建筑结构设计与建造提供了物质与技术上的支持。另一方面,计算机与信息技术及人工智能等学科的发展(如计算机软硬件技术、数据库与知识开采技术、实例推理模糊推理、神经网络、遗传算法、智能设计与决策等技术与方法的成熟及其在工程设计领域的渗透与应用等),也将深刻影响或改变着结构选型设计的思想、过程与方法,并将为解决结构选型设计问题提供全新的观念、方法、手段和理论等的支持。

1.6 建立结构选型设计理论与方法是提高设计质量的要求

结构形式优化属高端优化,对结构拓扑与构件优化有着决定性影响,传统主要由专家根据经验确定,未被引起足够重视,已成为建筑与结构设计之间一直未被很好解决、工程实践中又很需要的断层。

2结语

文中对高层建筑结构选型的社会、工程、行业、实践与相关学科背景等方面的复杂性进行了较为系统的分析,说明了开展结构选型问题研究的必要性、紧迫性、可行性与可能性,分析了结构选型设计的高复杂性、高风险性及其需要多学科、多方面知识支持的特征,这些为全面、系统认识、解决结构选型问题,深入开展该方面研究,推动结构设计理论向更高阶段和层次发展等奠定了基础,提供了充分的背景支持,并将深刻影响着结构选型设计研究的思想、观念、过程、方法与手段。

摘要：针对日益复杂的高层建筑结构形式优选问题,从城市社会、工程建设实际、建筑结构发展趋势、行业发展、相关学科发展、完善结构设计理论六个方面,对现代高层建筑结构选型的背景、必要性、可行性、复杂性等进行了较为系统的分析,为全面认识与深入研究解决结构选型问题奠定了基础。

关键词：高层建筑,结构选型,复杂性

参考文献

[1]沈建国.新世纪中国城市化道路的探索[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2]吴良镛.发达地区城市化进程中建筑环境的保护与发展[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

建筑的复杂性 篇5

【关键词】腹腔镜；复杂性阑尾炎；非复杂性阑尾炎

【中图分类号】R4 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2015）05-0042-01

阑尾炎（appendicitis），是因多种因素而形成的阑尾炎性病变，为外科常见病，以青年最为多见，男性多于女性。临床上急性阑尾炎较为常见，各年龄段及妊娠期妇女均可发病。慢性阑尾炎较为少见。在本文中主要探讨了腹腔镜在复杂性阑尾炎（CAA） 非复杂性阑尾炎（UCAA）治疗中的治疗效果。

1 资料与方法

1.1一般资料

选择了我院2012年6月-2013年6月收治的急性阑尾炎病患者作为研究对象，一共有60例，根据病理分型进行分组，分为复杂性阑尾炎组与非复杂性阑尾炎组，在复杂性阑尾炎组中，共有患者为20例，其中男性患者有12例，女性患者有8例，年龄范围在25-65岁，平均年龄为31岁左右；在非复杂性阑尾炎组中，共有患者为40例，男性患者有27例，女性患者有13例，年龄范围在20-63岁，平均年龄为30.5岁左右。所有病患者的主要临床症状表现为伴有上腹部或者脐部的转移性右下腹痛，或者固定的右下腹疼痛，局部出现压痛以及反跳痛，经过医学检查确诊为急性阑尾炎。在一般资料的比较差异上不存在统计学上的意义，具有可比性。（P>0.05）

1.2研究方法

1.2.1治疗方法

对两组患者都采用腹腔鏡阑尾切除手术进行治疗。首先对患者进行全身麻醉，术前采用抗生素进行抗感染，指导患者采用仰卧位，选取脐周部位进行穿刺置管，对富强的病变情况进行检查，对阑尾病变的程度以及范围、周围组织的累及程度进行了解，采用常规的方法进行阑尾切除，送检。对阑尾的根部、阑尾系膜进行夹闭，使用生理盐水冲洗腹腔，手术完毕后放置引流管进行引流，最后退出腹腔镜，关闭手术切口。

1.2.2观察指标

对两组患者的观察指标进行对比，包括了平均手术时间、腹腔积脓、排气时间、切口感染率、肠梗阻的发生率等等。

1.3统计学方法

采用了SPSS18.0的统计学软件进行计算，采用了例数N值和百分比作为表示，采用了T值检验，当P<0.05时，表示数据的差异具有统计学上的意义。

2 结果

对两组患者的观察指标进行比较：

复杂性阑尾炎组：共有患者为20例，平均手术时间为93.5+-23min，脓液量为146+-88ml，排气的时间为2.2+-0.9h，下床时间为2.1+-1天，住院时间为6.3+-2.8天，中转开腹率达到5%，手术切口感染率为5%，肠梗阻发生率为2%；

非复杂性阑尾炎组：共有患者为40例，平均手术时间为72.5+-20min，脓液量为101+-70ml，排气的时间为2.1+-0.5h，下床时间为2.0+-0.8天，住院时间为5.9+-3.0天，中转开腹率达到3.5%，手术切口感染率为4.3%，肠梗阻发生率为3.55%。

根据上述研究结果显示，两组的住院时间、排气时间、下床时间、中转开腹率、手术切口感染率、肠梗阻发生率的数据差异不存在统计学的意义，P<0.05；两组在手术时间、脓液量方面的数据差异存在统计学的意义，P<0.05。

3 结论

急性阑尾炎属于一种常见的外科急性腹部疾病，根据调查报告显示，急性阑尾炎患者在外科住院病患者中所占有的比例为10%-15%，病情的发展具有多变性的特点诊断具有一定的难度，治疗处理方面也比较复杂。与传统的手术治疗方式相对比，腹腔镜手术治疗方式具有微创性的优点，对患者所造成的手术切口小、出血量较少、住院时间短，有利于患者的手术切口愈合，有利于降低手术切口感染的几率，改善手术的治疗效果与预后，在阑尾炎治疗中获得了极为广泛的应用。急性阑尾炎根据病理分型可以划分为非复杂性阑尾炎和复杂性阑尾炎，其中非复杂性阑尾炎包括了单纯性阑尾炎和化脓性阑尾炎，目前腹腔镜手术主要应用于治疗非复杂性阑尾炎。对于腹腔镜治疗复杂性阑尾炎而言，由于复杂性阑尾炎的开腹手术视野比较模糊，具有更高的手术风险，大大的降低了手术切除病变部位的准确度。通过上述研究结果可见，采用腹腔镜手术治疗阑尾炎患者，复杂性阑尾炎组由于具有更为严重的病情，比非复杂性阑尾炎组的手术时间更长，脓液量也更多，需要进行更为长时间的治疗。同时，通过对两组患者的预后情况相对比，其中转开腹率、手术切口感染率、肠梗阻发生率没有存在明显的差异，因此两组手术在手术难度和预后情况方面基本相同，手术的安全性没有显著的差异。

综上，腹腔镜在复杂性阑尾炎治疗中需要比非复杂性阑尾炎手术投入更长的手术时间，但是两组手术在手术难度和预后情况上相当，因此腹腔镜在复杂性阑尾炎和非复杂性阑尾炎的治疗中都具有着良好的疗效，具有安全性和可行性，具有着临床应用价值。

参考文献

[1]聂晓枫. 腹腔镜治疗阑尾炎15例临床分析[J]. 亚太传统医药. 2010（08）

[2]尚玉龙，刘汝亭. 基层医院腹腔镜治疗胃十二指肠溃疡穿孔的临床体会[J]. 中国社区医师（医学专业）. 2011（13）

[3]李浩云. 腹腔镜治疗急性结石性胆囊炎的疗效观察[J]. 中国当代医药. 2011（19）

[4]黄晓明，姚京. 一种腹腔镜治疗肝包虫囊的新技术[J]. 肝胆外科杂志. 2001（02）

建筑的复杂性 篇6

建筑智能化系统是一个复杂的大系统, 具有特殊性和复杂性。如何在已有的建筑环境资源条件约束下, 有效地利用和管理现有资源, 有效地调控智能建筑内的各项设施, 准确地监测建筑环境内的各项环境指数并做出区域范围内的预警和预测等一系列问题都是值得深入思考的。由此可见, 对建筑智能化系统的控制方法研究是非常重要的。因为选取系统控制对象和建筑环境资源条件的不同, 其系统动力学特征具有模糊性、对象特征模型具有不确定性和不可知性等, 所以采用传统的控制方法很难对建筑智能化系统进行很好的控制。CPS是多维异构的混杂自治系统, 是基于嵌入式设备的新型网络化智能信息系统。系统内部包含一系列高度集成交互的计算单位和物理对象, 用于提高系统精准控制、实时通信、信息处理和组件自协调的能力。实时、鲁棒、自治和高效是CPS具备的显著特点, 对建筑智能化系统的研究具有重要的借鉴意义。另外, 结合大系统多级控制理论, 可以将建筑智能化系统划分成若干个独立的功能子系统。在这个系统中, 选取人所处的建筑环境 (房间) 作为一个相对独立的被控对象, 而人则是建筑环境 (房间) 所服务的核心。从大系统控制角度出发, 对底层各独立子系统的关联性进行研究, 进而构建建筑智能化CPS控制系统, 对智能建筑的发展具有非常重要的意义。本文尝试从以下两个方面对建筑智能化CPS系统进行研究:建筑智能化CPS系统的复杂性和控制模型;含有协调器和控制器的建筑智能化多级控制系统结构。

1 建筑智能化CPS系统的复杂性和控制模型

建筑智能化CPS系统具有复杂系统的普遍特点:自适应性/自组织性、涌现性、非线性、不确定性、预决性、演化和开放性。同时也具有大系统的特点:系统规模庞大、因素众多、结构复杂和功能综合。每个功能子系统作为整个建筑智能化CPS系统中的相对独立的复杂子系统。显然, 建筑智能化CPS系统是一个控制变量多, 并且呈非线性特征的多输入多输出系统。建筑智能化CPS系统的最本质和最关键的特征表现在它的自适应性/自组织性、涌现性和非线性。

1.1 建筑智能化CPS系统的自适应性/自组织性

系统由多维异构的计算单元和物理对象高度集成交互而成, 能够通过自身的不断学习, 来改变行为结构, 以适应周遭环境的变化。在建筑智能化CPS系统中, 各传感器设备之间、传感器设备与环境之间会发生各种各样的交互作用, 正是传感器设备的自主性, 以及传感器设备之间交互的复杂性, 使得整个建筑智能化CPS系统呈现复杂性, 同时也是整个系统不断演化的驱动力。

1.2 建筑智能化CPS系统的涌现性

系统的涌现性表现为拥有不同功能的组件间通过多种交互模式、依照局部或全局的行为规则进行交互, 组件的状态、组件之间的交互以及系统行为都会随着时间而不断改变。系统中的各单元子系统经过一段时间的局部交互后, 会进行整体演化, 形成某些具有独特性质的全新模式。建筑智能化CPS系统中的各功能子系统之间通过相互作用, 可产生与单个功能子系统行为显著不同的宏观整体性质。从建筑智能化CPS系统所服务的核心———人的角度来看, 涌现性体现为一种质变。各功能子系统之间相互作用, 系统进行自组织、自协调、自加强, 并随之扩大发展, 最后发生质变, 使人达到最大程度的舒适感。

1.3 建筑智能化CPS系统的非线性

人所处的建筑智能化CPS系统是一个典型的不确定的多输入多输出非线性时变系统。人在所处环境的舒适感会受诸多环境因素的影响, 所以不能简单地看做某个或某几个环境因素单独作用的结果, 更不是这些环境因素简单叠加就能达到的效果。其表现在整体环境因素作用大于各类环境因素单独作用之和。建筑智能化CPS系统的非线性可以由下面两个函数式表示:

式 (1) 和 (2) 中, 下标r和p分别代表的参量是建筑环境 (房间) 和人;xr和xp分别表示建筑环境 (房间) 状态变量和人状态变量;u表示系统的输入;d表示外界干扰;dr (u) 表示人的舒适度状态;Udec表示人的输入决策量。

1.4 建筑智能化CPS系统的描述模型

如果将建筑环境系统与人分离开来, 单独地分析建筑环境系统和构建模型, 会存在着一些容易被忽略的问题。以建筑环境中的热湿环境对人体舒适度的影响为例, 影响热湿环境的主要因素有温度、湿度、风速和热辐射四类, 而人体热舒适度主要受室内环境因素和个人因素的影响。室内环境因素包括温度、相对湿度、风速和平均辐射温度, 个人因素包括人当时的新陈代谢率和衣服热阻值。所以将建筑智能化CPS系统看成是建筑环境与人有机结合的系统, 从这个角度来分析和构建建筑智能化CPS系统模型更为合理。图一所示为建筑智能化CPS系统的一般描述模型。

注:jr_p表示建筑环境系统与人的交换

1.5 建筑智能化CPS系统的控制结构模型

建筑智能化CPS系统的状态空间模型可由下式表示:

式 (3) 和 (4) 中, x (t) 是nx维系统状态向量, 如建筑内空气温度、湿度、风速等;u (t) 是nu维控制输入向量, 如门、窗、空调等设备的开关状态;d (t) 是nd维外部扰动向量, 如太阳的辐射、建筑物外部风速、空气温湿度等;y (t) 是ny维输出向量, 如空气的温度和相对湿度等。建筑智能化CPS系统控制结构模型如图二所示。

建筑智能化CPS系统将人的存在引入到该系统中, 并将其作为系统的给定参量, 这样可以根据人体热舒适度需求来对建筑环境中各类设备进行调节。

2 含协调器和控制器的建筑智能化CPS多级控制系统结构

对于建筑智能化CPS系统, 其所包含的建筑环境因素 (如温湿度、光照、通风、烟尘、有害气体等) 是非常庞杂的。因此, 建筑智能化CPS系统是一个典型的多输入多输出的非线性系统。

基于上述的分析, 以室内热湿环境对人体热舒适度的影响为例, 选取各类典型的建筑环境参数作为建筑智能化CPS系统的直接控制对象, 譬如温控环境有温度、相对湿度、风速和室内热辐射等多类参量。显而易见, 建筑智能化CPS系统是一个高维的复杂系统, 为了降低系统的维数和系统控制过程中的复杂性, 参照大系统的控制架构和CPS的基本特性, 将建筑智能化CPS系统设计为多级控制方式, 自底层向上层采用局控级、中间级、协调级的架构来构建建筑智能化CPS系统。

根据大系统多级控制方案的结构特点引入协调器和控制器。基于实际建筑环境特点, 选取假设条件:将底层局控器进行依次划分, 每个底层局控器直接控制建筑环境内相应的功能子系统。高层局控器与底层局控器一起构成局控级, 相对应负责最优控制。局控级以上设为中间控制器, 进行同级通信和局部辅助协调, 用以减轻上级协调器的负担, 将这一层定义为中间级。中间级以上作为协调级, 分为远程协调 (宏观协调) 和短程协调 (微观协调) , 从被控对象处获取全局反馈信息, 以实现协调控制的有效性和快速性。图三所示为建筑智能化CPS系统多级控制的结构图。

建筑智能化CPS系统多级控制的结构特点: (1) 将各功能子系统的专家描述作为约束条件, 作用在各控制器和协调器上; (2) 局控级内的各功能子系统采用调节反馈控制方式; (3) 中间级或局控级进行适当的同级通信, 提高协调的快速性和有效性; (4) 远程协调器和短程协调器均优化和设计选择若干最优指标作为约束, 局控级的各功能子系统则根据用户需求设定控制参量; (5) 协调器既要具备无线通讯能力, 还要具备高级控制运算能力和通用的标准I/O接口。

在建筑智能化CPS多级控制系统中, 首先要设计建筑环境描述模型的约束参量。这里, 在局控级选用温度、湿度和风速作为三个影响人的舒适度的约束量。中间级的三个约束量为电耗量、水耗量、舒适值。协调级的三个约束量为舒适值、能耗量、成本量。通过大系统控制理论的广义空间建模方法, 参考粒度、格式、智能形式的三维空间中构造模型的映射关系, 广义模型体系空间如图四所示。

设一个空间向量矩阵:, 建立建筑智能化CPS系统的被控对象描述模型如下:

式 (5) 至 (7) 中, 三个空间向量既可以表示广义模型中的空间递阶, 即局控级、中间级和协调级, 又可以表示单一复杂模型在不同空间坐标的映射级别度。粒度Z方向上的细粒度Z1、X2中粒度Z2和粗粒度Z3, 格式X方向上的数学X1、知识X2和关系X3, 智能形式Y方向上的自学习Y1、自适应Y2和自组织Y3。S (x, y) 、S (x, z) 、S (y, z) 便是降维后、对应系统多级控制架构中某子空间的对象描述。这些描述关系涉及到建筑智能化CPS系统的特殊性, 边界模糊、耦合关联、起点非零等, 可以利用模糊聚类分析得到。基于这个描述模型便可以搭建基于CPS的智能化管理与控制系统。

3 建筑智能化CPS系统中温湿环境下人体热舒适度的仿真与分析

3.1 人体热舒适度的评价指标

丹麦的P.O.Fanger教授提出表征人体热反应 (冷热感) 的评价指标 (PMV) 方程为[6]:

式 (8) 中, 人体新陈代谢率M、人的机械效率η、人体净得热H=M (1-η) 是个人生理情况, 可以取为正常人普遍值;服装的面积系数fcl影响其基本热阻Icl, 将Icl取为正常人普遍值:Tcl=tcl+273.15, tcl是着装人体表面平均温度;Tmrt=tmrt+273.15, tmrt为环境的平均辐射温度;空气中水蒸气分压力Pa影响相对湿度φa, ta为室内空气温度, hc与空气流速v有关。这里为了仿真方便, M选正常男子的量值进行计算, 可对式 (8) 近似简化, 得到含有三个变量的结构函数:

式 (9) 可以对建筑智能化CPS系统中温湿环境下的舒适度做近似估计。

由表一可以看出, PMV指标的取值区间为 (-3, 3) , 根据国际标准机构相关研究, 热舒适条件应满足如下关系-0.5<PMV<0.5[6]。

3.2 系统的Simulink仿真与分析

本文选取夏季智能建筑中的温湿环境为例, 对系统进行仿真和分析。采集了系统部分时候的实时数据, 如表二所示。

舒适度设定值为系统的PMV设定值, 考虑到智能建筑节能要求, 所以在夏季宜取PMV值为+0.5。在智能建筑内温湿环境起始状态为高温高热情况下, 对有效时间30分钟内的仿真图进行截取, 仿真效果图如图五所示。

通过对图五的观察分析我们不难发现, 在初始状态下, 温度和相对湿度都处于较高水平, 气流速度基本为零, 属于典型的夏季闷热环境。在系统运行5分钟左右后, 温度已经逐步趋近25℃, 相对湿度保持在60%水平线上, 气流速度呈衰减震荡并逐步稳定在0.1m/s。整体来看, 人体热舒适度值PMV曲线的下降时间大约为5分钟左右, 达到人体舒适的PMV值范围区间以内, 说明系统具有很好的快速性, 并且PMV值在0.4左右趋于稳定, 说明系统可以满足智能建筑对节能方面的要求。此外, 曲线震荡次数较少, 系统的平稳性较好。

4 结束语

(1) 依据大系统控制理论, 结合CPS的特点, 设计了含有协调器和控制器在内的多级建筑智能化CPS控制系统。同时, 构建建筑智能化CPS控制结构模型。

建筑的复杂性 篇7

1 建筑的复杂性与矛盾性的概念

文丘里对于现代主义建筑提出的第一项质疑是现代主义建筑缺乏传统建筑的精密与复杂性,缺乏对于过去文化传统的传承,没有呼应所在场地。文丘里表达了他对于现代建筑冰冷的建筑形式的失望,并且表达说“建筑应当是一个人性化的社会艺术”,而不是一个单纯的科技炫耀。正如他在《建筑的复杂性与矛盾性》一书中提到的:“在现代主义建筑师们试图打破传统的包袱,让一切重新开始建立的时候,他们意识到最基本的最初的失去建筑多元化和复杂性的代价。”拿柯布西耶来讲,他最大的设计重点在于探索通过大规模的工业化生产来降低建造成本,达到高效,精确的质量。柯布西耶在1926发表的《走向新建筑》中阐述了现代主义建筑的五项基本原则。其中底层架空,自由的平面,自由的立面,水平横向长窗,屋顶花园中没有一条提及文化传统的继承以及对场地的回应。柯布西耶关心的重点是利用钢柱和水平向的预应力混凝土楼板打造可以自由承重的建筑结构体系。他通过这样的结构创新,划分了自己所创造的“新建筑”与传统的“老建筑“的界限。他所谓的”老建筑“是指那些有着厚重承重墙和竖向窗户的传统建筑。密斯凡德罗在他的现代主义建筑的实践探索中追求极简主义的审美风格,因为这是适应与工业化时代的建筑全新的建筑风格。文丘里评价密斯的这些设计为,结构清晰,现代主义的正统继承人。他又在书中继续犀利得提出了他对于密斯风格的质疑:“刻意的极简导致了过于简单“。“少不是多,少是乏味。”文丘里提出,密斯所谓的极简主义来自于他对于许多建筑组成部分的可以忽略,他认为密斯的设计缺乏更高层次精神价值的体现。现代主义使得建筑师们只局限于解决设计的部分问题,但是同时也忽略了其他精神价值的更高问题“他在设计中忽略了许多值得关注的地方,使得建筑脱离了人们的生活体验以及社会的需求。”文丘里同时也承认,密斯在挑选他所关注的设计方面做到了成功的尝试,但是也呼吁单纯的理性主义已经不适用于后现代主义的时代需求了。“理性主义在任何人类历史上升时期都被证明是不合适的。”他辩解道。文丘里呐喊着,想要将人性的思考,文化以及艺术的传承带回现代建筑中来。他也对比了19世纪盛行的工艺运动的风潮,提出建筑师的责任既不是抛弃传统和文化,一味追逐科技的创新,也不是照搬传统,放弃对于新的时代的呼应,仅仅做到其中的一点是注定会失败的。他例举了案例来陈述他的观点,那就是现代建筑需要能够走出过去,呼应当今社会,但是同时也不忘提醒人们我们自己的文化和建筑历史传统。他的这一说法和现代主义建筑师们对于历史的看法截然相反。

文丘里还质疑了现代主义建筑师们所提倡的建筑内外应一致的主张。他以传统建筑为例,说到建筑的室内空间应该有别于建筑的表皮,因为它的主要功能是提供庇护而非引导。他认同传统住宅设计从物质和心理层面上以保护隐私为出发点。文丘里认为,一味追求建筑的内部空间与外部空间的一致性而忽视了室内外空间所承担的不同责任是得不偿失的。他进一步通过分析柯布西耶的萨沃伊别墅来阐述自己的观点。他指出萨沃伊别墅标志性的水平向长窗与其说是对室内空间的呼应,更多的是对室外环境的回应。“他内部的功能分布基本可以满足这个住宅作为居住建筑的功能需求,它的建筑外立面更多的是对于所在绿地的宣言和占有。”文丘里认为包括柯布西耶在内的现代主义建筑师们常常从外到内的进行方案设计,时常导致室内外的冲突与矛盾。文丘里坚信,建筑的外部形态应该更多的呼应所在场地,而建筑的内部应该承载许多实际功能。

2 基于人性的建筑复杂性与矛盾性

从我的角度来看,文丘里有别于在他之后的后现代主义建筑师一味的提倡传统的复兴,以及建筑装饰性的象征主义的复兴。他在他的书中大量列举历史案例以及由文化价值的范例来阐述他对于现代主义建筑的质疑。他自己的建筑实践也与他的理论观点一致。他认为,当今时代是一个充满了多元化文化,充满了矛盾与共存的时代,一味的忽略复杂性的客观存在,机械得复制是无法满足现在日益变化的社会需求的。就拿他的代表作母亲住宅来说。文丘里在编写《建筑的复杂性与矛盾性》的同时设计修建了这个母亲住宅。他将自己对于建筑的理解透彻的表达在了这个设计当中。他混搭了许多现代主义建筑构件与传统建筑语汇。就像他自己提到的:“建筑师们不可以再经受正统的理性主义的束缚了,我热爱元素,不是纯粹的而是混合的,不是确切的具体的,而且模糊的,诗意的。我热爱混乱带来的生命力胜过于明显的整体性。我在我的建筑中宣扬他们的共存。”打眼一看,双坡屋顶以及烟囱都是明显的传统建筑的代表符号。但是他们被一个拱形的凹陷一分为二。这是一个全新的组合,文丘里运用了传统建筑的中心周线,并且通过中间的入口而进一步强化和表现。但是周线以及坡屋顶所产生的中心对称又刻意得被不规则的窗户所打破。前门的位置偏离了中心凹陷的空间,烟囱也打破了左右的对称。所有传统建筑的元素被戏谑得把玩,看似传统却又打破传统。“这座房子承认建筑的复杂性与矛盾性的共存;它既是复杂的也是简单的,既是开敞的也是封闭的,它成为了不同元素不同组成部分的和谐的整体。”

文丘里对于建筑复杂性与矛盾性的理论的核心思想是人性。他质疑形式主义已经乏味的现代主义思想,因为他们将人类导向理性主义和功能主义而非真正的思考人类的需求。他在书中所提到的所有论点,包括现代主义思想缺乏对文明意义的思考以及对于场所的回应都是来自于他对于人性的重视。他试图提醒人们,建筑传统的来源,让人们不要只是将目光局限在建筑的客观存在。文丘里同时也认为建筑更加代表了审美与艺术而非形式与功能。他从来没有刻意推崇后现代主义思想。值得提出的是,他自己,作为后现代主义思想的奠基人,一直否认自己是后现代主义建筑运动的一部分。虽然后现代主义有其他许多代表的建筑师,但是在我看来文丘里有所不同,他并没有一味的提倡复古,复兴。他所提倡的是人文。

3 结语

总而言之,文丘里在他的著作《建筑的复杂性与矛盾性》中提出了对于现代主义建筑的多点质疑。他质疑现代主义建筑师的问题解决模式的设计思路。他提出现代主义建筑的局限性,以及对于建筑历史,传统的忽视。他是既现代主义之后第一位将建筑师们的主义焦点从一味的功能主义转移到更多的人文关怀的理论家。

参考文献

[1]文丘里,《建筑的复杂性与矛盾性》pp20.

[2]文丘里,《建筑的复杂性与矛盾性》pp23.

[3]文丘里,《建筑的复杂性与矛盾性》pp22.

大型复杂建筑结构的发展动向 篇8

随着社会的进步和科技的发展,建筑物呈现规模大型化、功能复杂化、造型和建筑技术多样化的特点,超高层和超大跨度建筑成为代表国家建筑科学技术发展水平的重要标志。特别是最近几年,高层建筑进入了快速发展的阶段,除上海、深圳、广州等沿海城市外,内地的大、中城市的高层建筑也在迅速发展。高层建筑结构的平面、立面布置趋于复杂化,结构抗震设计理论和方法研究取得新进展,减震控制技术得到进一步应用,高层建筑的整体性能和质量得到进一步提升。本文以工程实践为背景,介绍了高层建筑的结构体系及特点,特别是结构设计、施工方案的创新技术及其难点,供参考。

1 高层建筑的结构体系及特点

1.1 高层建筑的结构体系

高层建筑的结构体系包括:框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框筒和筒体(包括筒中筒与成束筒)结构、巨型结构及悬挑结构。超高层建筑结构体系包括:框架-筒体结构、筒中筒结构、框架-支撑体系。

1.2 特点

(1)结构高度不断增加。业主或开发商通过高度(体量)显示实力,建筑高度成为其追求的目标,各地的建筑高度不断增加。

(2)体现个性、追求新颖。结构的复杂程度和不规则程度为国内外前所未有,给结构设计带来极大的挑战。平面形状有:矩形、方形、八角形、多边形、扇形、圆形、棱形、弧形、Y形、L形等;立面形状有:各类型转换、外挑与内收、大底盘多塔楼、连体建筑、立面开大洞等。

(3)国外的高层、超高层建筑以纯钢结构为主,我国的高层建筑以框-剪、剪力墙等钢筋混凝土结构为主,超高层建筑以钢-混凝土的组合结构居多,也有的采用钢筋混凝土结构。例如采用钢-混凝土组合结构的有:上海环球金融中心,RC核心筒+外伸桁架和巨型(型钢)柱,101层,高度492 m,7度抗震设防;金茂大厦,RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱,88层,高度420 m,7度抗震设防;大连国贸中心,RC核心筒+方钢管混凝土柱,78层,高度341 m,7度抗震设防;北京国际贸易中心三期塔楼,筒中筒结构,外部为型钢混凝土框筒,内部为型钢混凝土巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体,73层,高度316.6 m,8度抗震设防。

1.3 高层建筑结构设计与研究动向

近几年,我国新修订的设计规范、规程主要有:GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》、JGJ 3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》。其中既吸收了近几年国内外工程经验和研究成果,也吸收了震害的经验教训,同时借鉴参考了国外的相关规程、规范,基本上可适应我国绝大部分高层建筑结构的设计需要,为保障结构设计安全发挥了积极的作用。

1.3.1 结构设计

国外设计公司或顾问公司进入我国建筑设计市场。通过与境外的交流,国内已有一批熟悉国内外规范、与国际接轨的一流设计人员。相继完成了对上海环球金融中心、中央电视台、北京国贸三期、大连国贸中心等一批复杂工程、特殊工程的超限审查。

1.3.2 研究动向

(1)静力分析计算。采用有限元模型进行三维空间分析计算,国内开发的计算程序(SATWE等)及国外分析程序(如ETABS、SAP2000、MIDAS等)并用,特殊工程采用多个计算程序进行对比。弹性计算分析时,考虑因素更加全面;对体型不规则结构考虑双向地震作用;对竖向地震作用较敏感的结构部位(如连体结构、大悬臂结构等),补充进行竖向地震输入的弹性时程分析,考虑竖向地震为主的组合。

(2)弹塑性分析计算。体型特殊的结构以PUSH-OVER静力弹塑性分析计算为主,确定结构薄弱部位,不再局限于“小震不坏、中震可修、大震不倒”,对重要结构必要时可高于上述原则,可按基于性能设计的要求确定结构方案。如中震时关键部位构件不屈服,或大震时对某些构件按极限承载力进行内力复核等。

(3)总结国内外的震害情况,结合振动台试验及模型静力试验,并利用各种计算机分析软件进行计算分析工作,完成了关于转换层、加强层、体型收进、连体结构等复杂高层建筑结构的研究与应用。

(4)对混合结构的研究。通过整体模型模拟静力试验、振动台试验,研究增强剪力墙的抗剪性能和提高延性的措施。多采用1∶20～1∶40的微粒混凝土模型,研究结构的抗震性能、破坏形态,找出结构在地震作用下的薄弱部位。除整体模型振动台试验外,也进行了大量的大比例静力试验、特殊梁及柱节点研究、钢管混凝土节点研究、搭接柱静力性能试验、特殊构件(如巨型柱)的构件滞回特性研究等。

(5)减震控制技术研究及应用有一定进展。隔震技术已较为成熟,主要用于高烈度区(9度区)多层建筑,如北京某地铁枢纽建筑采用了此项技术;高层建筑的连廊端部支撑消能减震技术进行了一定研究,但应用较少。

(6)对体型复杂的建筑进行风洞试验,测出建筑物的风压分布、邻近建筑物对其产生的影响等。

2 从北京奥运场馆看大跨结构发展动向

2.1 国家体育场

2008北京奥运主会场——国家体育场建筑体形上像鸟巢,新颖独特,可容纳8万人。其平面为椭圆形,长轴340 m,短轴292 m,屋盖中间设185.3 m×127.5 m开口。整体承重结构由一系列门式刚架绕着内环旋转而成。这种结构布置形成一种三维空间承重体系。每一榀刚架由高12 m的屋盖桁架和三角形桁架柱组成,均采用加肋薄壁箱形截面。为了形成鸟巢效果,主桁架上弦上设有交叉的次要构件,也采用箱形截面。总用钢量优化至4.2万t。其创新点包括:

(1)结构中存在大量空间扭曲(二次扭)构件,在设计中采用了航空、汽车制造工业中应用的三维连续CATIA软件,以解决复杂建筑的空间建模问题。

(2)首次在桁架柱内柱中采用高性能、强度级别最高的国产Q 460钢材(舞阳钢厂生产),厚度达110 mm,同时解决了超厚度板的焊接问题,对钢材的各种要求均大大超过国内外现有规范。

(3)在设计中首次提出并采用下风振系数的概念。

(4)首次采用大型多面体铸钢节点连接,多达13根杆件,以实现内柱菱形截面到矩形截面的转换。

(5)焊接薄壁箱形截面桁架节点、桁架柱复杂节点及异型柱脚设计方法研究。

(6)超大(25 m×20 m)、超重(360 t)及超高(68 m)构件的翻身和成功吊装。

(7)提出大跨度结构温度场计算方法,确定使用期间的最大温差和合拢时的最佳温度(19 ℃±4 ℃)。

(8)钢结构卸载的最后变形量为271 mm,与设计理论值286 mm接近,满足设计要求。

2.2 国家游泳中心

国家游泳中心建筑体形简单,为170 m×170 m×29 m方盒子状,屋盖厚7 m,墙厚5.4 m,可容纳1.7万人。其外墙及屋面的填充单元是由十二面体和十四面体组合而成的异型网格或称WP多面体(Weaire-phelan),然后再按一定角度斜切成水泡状网格。既有上弦,也有下弦,中间为腹杆。网格内外均铺设透明的ETFE充气膜膜枕,赋以整个建筑以晶莹剔透的外表,这种结构又称之为“水立方”(Water Cube)。杆件采用传统的方钢管(上下弦)及圆钢管(腹杆),节点大多为我国普遍采用的常规和异型焊接空心球节点。其技术创新点包括:

(1)在建筑结构中采用WP多面体网格,达到水泡效果,堪称一大创新。

(2)网格杆件采用圆钢管及方钢管,由于除了受轴力作用外还有弯矩及扭矩存在,端部需加强,与此相接的节点采用常规和异型焊接球节点,杆件和节点都有新的计算方法,为国内外首创。其计算公式已列入我国正在修订的空间网格规程。

(3)网格填充的两层气枕采用使用寿命长达30年、透光度高、不自燃、自洁性好的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜材。ETFE膜面有许多镀点,能起到折射阳光及保温作用。

2.3 国家体育馆

国家体育馆在建筑空间上划分为两个大厅,即比赛大厅和训练大厅。比赛大厅空间平面尺寸为114 m×144.5 m,柱顶高度分别为35 m、43 m、30 m,训练大厅空间平面尺寸为51 m×63 m,柱顶高度分别为30 m、22.3 m。屋盖结构采用新型空间结构双向张弦桁架体系,下部结构为框架抗震墙结构与型钢混凝土框架-钢支撑相结合的混合型结构体系。

张弦桁架上弦及腹杆采用圆钢管焊接空心球节点,下弦采用矩形管铸钢节点。张弦索纵向8根单索在上,横向14根双索在下,强度1 670 MPa,撑杆上端与桁架下弦相连为万向球铰,下端与索相连为夹板带滚轴节点,索端为铸钢节点。施工方法为构件散件出厂,纵向桁架横向累积滑移(中间设1道滑道,端部为拼装架),最后分级分步做横纵向索张拉,由于相互影响,一般需超张拉以抵消应力损失。该工程用钢2 037 t,耗钢量86 kg/m2。为了保证国家体育馆的运营质量和安全,运用多达83台监测仪器实时对屋盖实行永久性监控。国家体育馆的主要创新点在于屋盖采用了双向张弦桁架超大跨度新型空间结构。

3 结语

建筑的复杂性 篇9

某复杂高层建筑, 设计为地下一层车库, 上部结构最下面三层为框架剪力墙结构, 底层门面营业房, 二层架空半开敞会所, 三层为架空车库。以上为住宅十八层加一层 (跃层) , 为短肢剪力墙结构, 结构高度68.99 m, 建筑面积27 294.67 m2。

1贵阳市常用的建筑外墙保温材料

(1) 玻化微珠保温砂浆外保温技术系统;

(2) XPS聚苯板外保温技术系统;

(3) EPS挤塑聚苯板外保温技术系统;

(4) 水泥复合砂浆外保温技术系统;

(5) 聚氨酯泡沫外保温技术系统;

(6) 加气混凝土自保温技术系统;

(7) 钢筋混凝土+玻化微珠外保温技术系统。

2经济技术参数分析比较

2.1 热经济性分析

建筑外墙热量的传递有热传导、对流和热辐射三种基本方式, 为了简化计算过程, 此处先假设外墙的传热方式以热传导为主, 即只考虑热传导为墙体能量散失的唯一方式。室内采暖和空调的耗能通常和外墙的保温隔热性能存在一定的关系, 而外墙的保温隔热性能又与保温隔热的造价存在一定关系, 因此, 可以取单位面积的外墙作为研究对象, 选择合理的保温材料和尺寸, 可以降低保温隔热的建安成本和后期运营成本, 使外墙的保温隔热达到经济技术双优化。

2.1.1 墙体材料的选择

在选择外墙保温隔热材料时, 应综合考虑材料的保温性能和造价, 而这两个量通常是相互矛盾的, 为了使不同的保温材料具有可比性, 可引入参数“经济技术特征量A”来衡量保温隔热材料的经济技术效果, 其表达式如下:

A=λ·V (1)

式中 V—保温隔热材料单位体积的价格, 元/m3;

λ—保温隔热材料的导热系数, W/ (m·K) ;

A—保温隔热材料的技术经济特征量, 元/[ (m4·K) /W]。

由上式可以看出, 材料的导热系数越小, 价格越便宜, 材料的经济技术效果越好。但是, 对于整个的外墙系统, 因其是多种材料复合的墙体, 其热经济性能不能简单的将各层材料的经济技术特征量直接相加, 应考虑各种材料用量的影响, 因为有些材料的用量很少, 但是它的A可能会比较大, 因此, 应给每个材料层赋予适当的权重, 然后再相加进行比较, 其表达式如下:

undefined (2)

式中 A—保温隔热材料的技术经济特征量, 元/[ (m4·K) /W];

Vi—保温隔热材料单位体积的价格, 元/m3;

λi—保温隔热材料的导热系数, W/ (m·K) ;

δi—第i层外墙材料的厚度, m;

h—外墙的总厚度, m。

2.1.2 墙体材料的成本参数P

外墙在做保温隔热时, 单位面积产生的成本包括两部分:一部分是固定成本, 即某种保温隔热做法所必须花费的成本, 用P0表示, 包括脚手架租赁、聚合物砂浆、网格布、锚固钉、外饰面涂料等;另一部分为可变成本P′, 与保温隔热材料的厚度有关, 其表达式如下:

P′=V·δ (3)

式中 V—保温隔热材料单位体积的价格, 元/m3;

δ—保温隔热材料的厚度, m;

P′—保温隔热材料的可变成本, 元/m2。

总成本可表示为:

P=P0+P′ (4)

2.2 技术参数分析

2.2.1 可节省能耗量计算

建筑物的采暖能耗是通过建筑物的耗热量qH指标来衡量的, 其物理意义是在采暖期室内外温差的作用下, 为了维持室内计算温度, 采暖设备在单位时间内需给单位建筑面积供给的能量。qH可以表示为:

qH=qHT+qINF+qIN (5)

式中 qH— 单位建筑面积采暖设备需供给的热量, W/m2;

qHT— 单位建筑面积通过维护结构的传热耗热量, W/m2;

qINF— 单位建筑面积空气渗透耗热量, W/m2;

qIN— 单位建筑面积的建筑物内部得热 (包括照明、炊事、家电及人体散热等) , 住宅建筑取3.8W/m2;

ti— 采暖期室内平均温度, 取18℃;

te—采暖期室外计算温度, 贵阳地区取采暖取-1.0 ℃, 空调取-3.0 ℃;

εi— 维护结构传热系数修正系数, 只与维护结构的朝向有关, εi取1.0;

Ki— 维护结构传热系数, 外墙取平均传热系数, W/ (m·K) , 按《贵州省居住建筑节能设计标准》 (DBJ52/49—2008) 附录B规定计算;

Fi— 某一维护结构的面积, m2, 按《贵州省居住建筑节能设计标准》 (DBJ52/49-2008) 附录L规定计算;

A0— 建筑面积, m2, 按《贵州省居住建筑节能设计标准》 (DBJ52/49—2008) 附录L规定计算。

令式 (6) 中

undefined墙=c·K墙 (7)

则做外墙保温和不做外墙保温相比较, 可节省的热量为:

ΔqH=qundefined-qH=c (Kundefined-K墙) (8)

对于外墙, 保温前后的热阻R0、R分别为:

R0=Ri+R主+Re (9)

R=Ri+R主undefined (10)

式中 Ri—内表面换热阻, (m2·K) /W, 取0.11;

Re—外表面换热阻, (m2·K) /W, 取0.04;

R主—主体部位热阻 (不含保温层) , (m2·K) /W;

δ—保温层厚度, m;

λ—保温材料导热系数, W/ (m·K) 。

故墙体平均传热系数的变化为:

ΔK=Kundefined-K墙undefined (11)

2.2.2 能耗指标限值

贵阳市地区7层以上的居住建筑的空调和采暖的单位面积能耗指标限值qi按下式计算:

qi= (S0×a) Cbp (12)

式中 S0—体型系数;

Cp—整栋建筑的平均窗墙比;

a、b—系数, 贵阳地区空调分别取0.97、0.09, 采暖分别取1.18、0.008。

2.3 保温层性价比及最优保温厚度分析

为了比较保温层的经济技术性质, 在此引入性价比这一概念, 将保温层的节能量和其造价进行比较, 反映了单位造价的节能效果, 其公式如下:

undefined (13)

将 (3) 、 (4) 、 (8) 、 (11) 式代入 (13) 式得:

undefined (14)

对δ求导数得:

undefined (15)

令f′=0, 解得

undefined (16)

求二阶导数

f″=-2csδR0 (λR0+δ) 2 (P0+Vδ) 2- (cλR0P0-cVδ2) [2R0 (P0+Vδ) 2+2VR0 (λR0+δ) 2]/[R0 (λR0+δ) 2 (P0+Vδ) 2]2 (17)

当undefined时, cλR0P0-cVδ2=0, 所以f″<0, 故f在undefined时取极大值, 即此时保温层的性价比最高。

2.4 保温层取最优保温厚度时的动态投资回收期分析

动态投资回收期是一个被广泛采用的投资方法的评价方法, 它考虑了资金的时间价值, 将资金借贷的收益情况直接反应在回收期内, 与静态投资回收期相比, 更符合实际情况, 操作方法简便。其表达式如下:

undefined (18)

式中 nd—项目动态投资回收期, 年;

Pj—项目的初期总投资, 元/m2;

i—现金贴现率, 无量纲, 此处取12%;

Fjt—年净现金流量, 元/ (年·m2) , 按下式计算:

Fjt=ΔqH·t·d·v·η (19)

式中 ΔqH—做外墙保温可节省的能量, W/m2;

t—每天采暖时间, 小时;

d—每年采暖天数, 天;

v—采暖期内空调产生单位热量的价格, 元/ (KW·h) ;

η—空调能效比, 无量纲。

项目的动态投资回收期越短, 说明项目在取经济厚度时的性价比越高。

3通过建筑外墙保温系统方案比较分析可知

(1) 对于玻化微珠保温砂浆, Ⅰ型的任何指标均优于Ⅱ型, 故此种保温材料优先考虑选择Ⅰ型。

(2) 对于玻化微珠保温砂浆和水泥复合保温砂浆, 虽然玻化微珠保温砂浆的厚度略厚于水泥复合保温砂浆, 但其他各项指标均优于后者, 故还是优先考虑选择玻化微珠保温砂浆。

(3) 对于XPS挤塑聚苯板和EPS聚苯板, 当XPS挤塑聚苯板取与EPS聚苯板相同的保温层厚度时, 经计算其各项指标均优于EPS聚苯板, 故优先考虑采用XPS挤塑聚苯板。

(4) 对于XPS挤塑聚苯板和聚氨酯泡沫, 从经济保温厚度的角度考虑, 虽然XPS挤塑聚苯板的保温成本略高于聚氨酯泡沫, 但其他各项指标均明显优于聚氨酯泡沫;从传热系数K≤1.2的角度考虑, 前者除热惰性指标比后者小略小 (相差0.023) 外, 其他指标均优于后者。故优先考虑采用XPS挤塑聚苯板。

(5) 对于XPS挤塑聚苯板和玻化微珠保温砂浆, 当其独立作为外墙保温材料时 (满足K≤1.2要求) , 应优先采用玻化微珠保温砂浆。

(6) 对于玻化微珠保温砂浆外保温系统和200 mm厚加气混凝土自保温系统, 后者除性价比略低外, 其他指标均明显优于前者。

综合以上分析结果, 推荐采用加气混凝土自保温系统 (采用玻化微珠保温砂浆) 处理热桥。

本高层建筑外墙保温系统的比较与选择:采用外墙内保温系统;采用加气混凝土自保温砌块, A5加气混凝土砌块, M5混合砂浆砌筑, 外墙面贴面砖, 外墙内面做中空玻化微珠。

外墙保温系统的节能设计计算:①体形系数0.329;②窗墙面积比 (东南西北各向) ;③外墙综合传热系数为1.192<1.2 (W/m2·K) , 中空微珠无机保温砂浆燃烧性为不燃, 导热系数≤0.07W/ (m·K) , 抗压强度≥400 kPa, 干密度200～400 kg/m3, 压剪粘接强度≥50kPa, 收缩率≤0.3%。放射性≤1, 软化系数≥0.5, 蓄热系数≥0.8。

undefined

计算表:

符合规范要求。

4结论

本工程在规划和设计阶段就考虑了沿街底层的商铺设计为小于200 m2的无空调的独立门面和架空层的处理方式, 满足了《贵州省建设厅关于建筑节能设计相关问题的指导意见 (黔建设发[2009]237号) 》文件的要求, 在满足贵阳地区节能50%和外墙平均传热系数K≤1.2要求的前提下, 理论上可节约保温成本, 增加年净现金流量。本工程在通过验收后, 经部分入住业主的使用, 没有不良反映。但是目前建筑节能施工仍然是依附在传统工程的主体之上的, 穿插在其他相关的分部工程中, 融合在传统分部工程与建筑节能分部工程之中, 有大量的工艺结合、协调的问题需要研究和及时处理。

参考文献

[1]GB50176-1993, 民用建筑热工设计规范[S].

[2]DBJ52/49-2008, 贵州省居住建筑节能设计标准 (修订版) [S].

[3]邵颍红, 等. (第4版) 工程经济学[M].上海:同济大学出版社, 2009.

[5]吴子贤.杭州地区建筑外墙热工计算示例[J].浙江建筑, 2009, 26 (3) :62-66.

某复杂会展建筑抗震设计 篇10

该商业办公综合项目位于上海市长风生态商务区, 是集会务、展览、办公、商务于一体的建筑综合体。地上部分包含“会展中心”及“办公楼”三个结构单体, 会展中心约4.4万m2, 办公楼约5.2万m2 (其中2号办公楼17层, 约2.4万m2, 3号办公楼20层, 约2.8万m2) 。会展中心上部结构采用框架剪力墙结构, 结构6层, 局部混凝土屋顶之上设置平板钢结构网架屋顶, 混凝土屋顶结构高度为28.75 m, 钢网架结构檐口标高约为43.00 m, 属于A级高度高层建筑。整个地块的地下部分为整体满堂地下室, 共2层 (见图1) 。

本工程会展中心建筑功能复杂, 结构设计面临大量的大跨度、大悬挑、楼板弱连接、错层、跨层结构, 对抗震极为不利, 满足结构抗震性能难度较大, 需进行详细的抗震分析, 以指导本工程的结构设计, 采取适当的抗震加强措施。工程于2009年12月开始施工图设计, 2013年10月竣工验收并投入使用。

1 结构超限情况及对应措施

按GB 50223-2008建筑抗震设防分类标准, 本工程抗震设防重要性类别为乙类, 结构的抗震措施按设防烈度8度采用。框架抗震等级为二级, 剪力墙抗震等级为一级。

会展中心高层建筑主要超限和不规则内容如下:

1) 楼层的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍, 属于扭转不规则超限。

2) 结构楼层有数个夹层, 夹层有效楼板宽度小于该楼层楼板典型宽度的40% (夹层东西两边带状分布楼板有效宽度仅为8.3 m和6.3 m, 小于规范允许值) , 同时导致该层开洞面积达到66%, 属于楼板局部不连续超限。

根据《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 (建质[2010]109号) , 会展中心结构属于超限高层建筑, 应进行抗震设防专项审查。

结构设计时, 对于本工程超限高层建筑, 主要采取了以下优化布置和加强措施[1]:

1) 会展中心上部结构框架和剪力墙的抗震等级按乙类设防的要求提高一级, 同时适当提高剪力墙配筋率, 概念上提高结构关键构件延性;局部错层处水平构件采取梁加腋或加宽加高梁尺寸并采取抗扭构造, 以保证水平地震作用的可靠传递。

注:所在地区:上海;罕遇地震;场地类型:4;设计地震分组:1;抗震设防烈度:7;地震影响系数最大值:Amax/g:0.500;特征周期Tg/s:0.900;弹性状态阻尼比:0.040;能力曲线与需求谱曲线的交点坐标 (T, A) : (1.017, 0.323) ;需求层间位移角:1/215;与需求点相对应的总加载步号:72;相应的数据文件:抗倒塌验算图:TXT

2) 会展中心3个夹层 (一层夹层、二层夹层、三层夹层) 的楼板开洞面积非常大, 导致多个楼层内长短柱共存, 设计考虑如下计算及构造加强措施:

a.采用补充的并层模型进行校核比较:将三个夹层与相邻层并层计算, 校核并层后上下楼层的层抗侧刚度比及受剪承载力比值, 以判别是否存在软弱层及薄弱层, 同时分析校核并层模型各项总体控制指标满足相关规范规程的要求, 构件内力及构件设计应与原计算模型进行比较后, 进行包络设计;

b.考虑到实际结构中存在长短柱共存的情况, 短柱加强的重点是其延性, 长柱加强的重点是其承载力。长柱设计时按实际的计算长度进行细化分析, 考虑中、大震下短柱剪力部分转至长柱承担的可能性, 结合中震计算结果适当提高柱体配筋率 (尤其是短柱箍筋) 。

3) 针对楼板开洞较多、开洞面积大, 局部楼板宽度小、连接薄弱的情况, 在结构配筋计算时采用弹性板, 进行地震作用下的全楼楼板应力分析, 复核薄弱连接处楼板的应力水平。施工图阶段将根据“中震不屈服”分析的内力结果对连接处楼板进行配筋, 控制多遇地震下主拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值, 基本烈度地震作用下板内钢筋不屈服。

4) 屋顶钢结构与下部混凝土结构整体建模计算分析, 确保钢结构屋盖的安全性。

2 结构抗震计算及分析[2]

结构设计时采用中国建筑科学研究院开发的SATWE和PM-SAP进行多遇地震弹性分析和强度设计, 用EPDA进行弹塑性动力时程分析, 用EPSA进行弹塑性静力分析, 用PMSAP进行楼板弹性应力分析。

2.1 多遇地震分析

整体分析时采用CQC振型效应组合方式, 考虑扭转偶联效应, 同时考虑偶然偏心的影响。主要计算结果见表1。

在振型分解反应谱法计算的基础上进行了弹性时程分析, 弹性时程分析选用一条人工地震波RH2TG090和两条实测地震波TH2TG090波, TH4TG090波。规范要求设防烈度7度时, 多遇地震时程分析采用加速度时程曲线的最大值为35 cm/s2, 时程分析法中步长取0.02 s, 阻尼比0.04。弹性时程分析与振型分解反应谱法对比见表2 (表中时程分析结果为三条时程曲线平均值) 。

对比分析表明, 结果满足单条地震波计算的地震反应不小于振型分解反应谱法计算值65%, 以及多条时程曲线计算平均值不小于振型分解反应谱法计算值80%的规定。总体而言, 时程分析计算结果与反应谱法计算结果基本吻合, 满足规范有关规定。

2.2 罕遇地震分析

EPSA程序采用的材料弹塑性本构关系, 钢材用双折线模型, 混凝土用双线或三折线模型 (本计算采用双折线模型) 。单元假定中, 一维单元 (梁、柱) 采用纤维束模型, 弹塑性剪力墙采用非线性壳单元模型。用静力弹塑性分析PUSH验算了在罕遇地震作用下的楼层位移。侧推荷载类型为倒三角形, 基底剪力与总重量的比值为1。经过计算分析, 其罕遇地震下的层间位移角X向为1/215, Y向为1/233, 远小于钢筋混凝土抗震墙结构的限值1/100, 满足规范的要求 (见图2, 图3) 。

注:所在地区:上海;罕遇地震;场地类型:4;设计地震分组:1;抗震设防烈度:7;地震影响系数最大值:Amax/g:0.500;特征周期Tg/s:0.900;弹性状态阻尼比:0.040;能力曲线与需求谱曲线的交点坐标 (T, A) : (1.001, 0.332) ;需求层间位移角:1/233;与需求点相对应的总加载步号:115;相应的数据文件:抗倒塌验算图:TXT

罕遇地震水平方向推覆作用时, 首先底部楼层的剪力墙连梁出现梁铰, 随着推覆力的不断加大, 其他各层剪力墙连梁也出现梁铰, 随后局部剪力墙也出现塑性铰;在达到设防烈度地震性能点时, 结构裂缝相对较少, 随着水平力的继续加大, 连梁塑性铰渐渐出齐, 剪力墙裂缝逐渐显现, 同时部分框架梁和少量框架柱也出现塑性铰;在达到罕遇地震性能点时, 几乎全部楼层的连梁都出现塑性铰, 部分框架梁出现塑性铰, 底部加强区的墙肢出现较多塑性铰, 部分柱也出现塑性铰。结构施工图设计时, 针对结构薄弱部位进行加强, 提高底部剪力墙的抗剪破坏能力。

3 结语

作为大型公共建筑, 会展中心需要大空间、大层高、大悬挑、局部跃层等来满足其功能要求, 整体结构布置一般较难满足抗震性能要求, 常规计算分析无法全面把控结构在地震作用下的薄弱部位, 需进行详细的抗震分析, 并采取针对性的加强措施, 以确保结构抗震性能满足规范要求。

摘要：针对会展建筑因建筑功能要求会导致结构体系上出现众多对抗震不利的因素, 以某会展中心为例, 介绍了该工程的抗震设计分析过程, 并采用多种软件进行了计算分析, 提出了针对结构超限情况的加强措施, 以确保结构抗震性能满足规范要求。

关键词：会展建筑,结构超限,抗震技术措施

参考文献

[1]秦川, 刘文光.复杂博物馆结构的隔震效应及地震响应分析[J].结构工程师, 2012 (6) :71.