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结构设计&太极阴阳

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“太极的由来”

《易传·系辞上传》:“易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”

易:1、《周易》;2、道,混沌。3、无极

太极:阐明宇宙从无极而到太极,以至万物化生的过程。太极即为天地未开、混沌未分阴阳之后的状态。

两仪:综合历代易学家的理论,计有七说:一说为阴阳,一说为天地,一说为奇偶,一说为刚柔,一说为玄黄,一说为乾坤,一说为春秋。但通常是指阴阳。

四象:太阳、太阴、少阴、少阳。

从数学角度论四象为:七、九、八、六。从方位角度论四象为:东、南、西、北。从一年季节论四象为:春、夏、秋、冬。从人的名字论四象为:孟章、执名、监兵、陵光从飞禽走兽论四象为:青龙、玄武、白虎、朱雀。

四象还有两种说法为:一说为:金、木、水、火。一说为:阴、阳、刚、柔。

八卦:乾代表天,坤代表地,巽(xùn)代表风,震代表雷,坎代表水,离代表火,艮(gèn)代表山,兑代表泽。

注释:指浩瀚宇宙间的一切事物和现象都包含着阴和阳,以及表与里的两面。而它们之间却既互相对立斗争又相互资生依存的关系,这即是物质世界的一般律,是众多事物的纲领和由来,也是事物产生与毁灭的根由所在。天地之道,以阴阳二气造化万物。天地、日月、雷电、风雨、四时、于前午后,以及雄雌、刚柔、动静、显敛,万事万物,莫不分阴阳。人生之理,以阴阳二气长养百骸。经络、骨肉、腹背、五脏、六腑,乃至七损八益,一身之内,莫不合阴阳之理。这一理论建立至今凡两三千年,仍在为人们描述万象。人与自然之间存在着互动的关系。人与天地相参,与日月相应,一体之盈虚消息,皆通于天地,应于物类。

《易传·系辞上传》:“易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦。”

六十四卦的两个基本符号之一:用“—”代表阳爻,用“— —”代表阴爻

2

太极阴阳与结构

在高层建筑结构设计中,除了重力荷载外,建筑结构所受的作用主要来自横向,横向作用往往是结构设计的主要控制因素,因此抗侧力构件的设计是结构设计的主要矛盾。

如果,“太极”就是高层建筑结构的“抗侧力构件”。

太极生两仪:阴和阳的两面,它们之间既互相对立斗争又相互依存,这是物质世界的一般律,也是事物产生与毁灭的根由所在。天地之道,以阴阳二气造化万物。天地、日月、雄雌、刚柔、动静、显敛,万事万物,莫不分阴阳,莫不合阴阳之理。

柱和墙共生于“抗侧力构件”,二者也没有绝对的分界线,这和太极图中阴阳两仪共生、相互转化的道理是一致的。

全框架结构:全框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成,结构的侧向刚度较小,属于典型的柔性结构。

在水平荷载作用下,框架结构侧移较大,变形以剪切变形为主,在强震作用下会影响正常使用,因此其建筑高度受到一定限制,设计时应控制房屋的高度。

带部分剪力墙的框架结构:设置剪力墙并没有改变结构体系,是带有少量剪力墙的框架结构,属于一种特殊的结构 形式,但仍是框架结构,设置剪力墙并没有改变结构体系,是带有少量剪力墙的框架结构,属于一种特殊的结构 形式,但仍是框架结构。

短肢剪力墙结构:在结构设计方面,短肢剪力墙结构要比普通框架-剪力墙具有更好的隐蔽性,

使墙肢与梁可以隐藏在墙体内,方便了用户对内部结构的灵活设计应用。且在设计中,短肢剪力墙对于墙的数量和肢长的确定也更加灵活, 可以通过计算建筑的抗侧力需求来确定数量的多少以及肢长的长短,同时,墙体刚度的大小和刚度中心位置的确定,也都可以根据实际情况灵活调整,使建筑结构设计更加贴合实际的需要。

部分框支剪力墙:下面一根阴爻,上面两根阳爻。这两根阳爻表示结构的刚性更强,

结构的绝大部分抗侧构件已经进入一般剪力墙(截面高厚比大于8)阶段,但该卦的下位为阴爻,结构的整体基调是偏柔(弱刚)性的。而从爻位上看,阴爻在下位,柔性部位很可能出现在结构的底部区域。这种“下柔上刚”的结构便是所谓的“部分框支剪力墙”结构。对于部分框支剪力墙,转换层的下部楼层由于设置大空间的要求,其部分竖向抗侧力构件不连续,侧向刚度会产生突变,一般比转换层上部楼层的刚度小,设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构侧向刚度及承载力的变化,以保证满足抗风、抗震设计的要求。

框架-剪力墙结构表示该结构已进入刚性阶段,剪力墙已经成为了结构体系中最重要的抗侧力结构。

而从爻位上看,下阳上阴,该结构底部主要由刚性结构承担水平剪力,顶部主要由柔性结构承担水平剪力,这种“下刚上柔”的结构正是所谓的“框架-剪力墙结构”。框剪结构中的框架部分的侧移曲线是剪切型,而剪力墙的侧移曲线是弯曲型,由于楼盖在自身平面内刚度很大,在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同,这使得框剪结构的侧移曲线既不是剪切型,也不是弯曲型,而是一种各层间位移角分布均匀的“弯剪混合型”。因此,作为一种受力和变形都较为合理,造价比较适中,又能方便建筑平面布置的结构形式,框剪结构在高层建筑结构体系中应用十分广泛。

全落地剪力墙结构这表示结构的所有抗侧构件都已经转化为一般剪力墙(截面高厚比大于8),

已完全进入刚性很强的阶段。阳爻主下、上位,当位;阴爻主中位,当位,这表示该结构抗震性能十分合理,属于典型的刚性结构,而这种结构形式正是所谓的“全落地剪力墙结构”。全落地剪力墙结构是由纵向和横向钢筋混凝土墙所组成,竖向荷载、风荷载及地震作用均由墙体承受。剪力墙自下而上连续布置,可避免刚度突变。卦象中的一根阴爻表示在剪力墙结构中,剪力墙侧向刚度不宜过大,剪力墙间距不宜太密,宜采用大开间布置,这样可以做到既受力合理又节约材料。此外,阴爻主中位,意味着剪力墙结构全楼中部层间位移可能较大,连梁剪力也会比上下部位更大。

框架-核心筒结构下面两根阳爻,上面一根阴爻。阳爻主下、中位,与全落地剪力墙结构相比,

该结构的刚度继续增加。而此时尚有一根阴爻居于上位,表示该结构仍存在少量的柔性,极可能是框架结构部分导致的,因此该卦反映的正是“框架-核心筒结构”。由于核心筒的空间作用,该结构抗侧刚度与剪力墙结构相比得到进一步提高,可广泛应用于超高层建筑。框架-筒体结构中的实腹筒布置在建筑平面中心形成核心筒,而在四周边布置框架柱。在这种结构中,筒体具有远大于框架的抗侧移刚度,因此是主要的抗侧力构件,而框架则主要用来承担竖向荷载。这样在建筑平面上,就允许框架柱的布置有较大灵活性,可以制造方便使用的大空间。

筒中筒结构三根阳爻,刚强无比。毫无疑问,该卦代表了迄今高层建筑结构中刚度最大结构形式之一的筒中筒结构。

筒中筒结构的内筒通常为钢筋混凝土剪力墙,外筒为“深梁密柱”形式的框筒。由于这种结构相当于内外两个筒体在各个楼层位置设一道隔板形成,其空间刚度相当大,在超高层建筑中,是一种非常理想的抗侧力结构体系。

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