分析了高层建筑的特点,针对两种扭转建筑形式,利用ANSYS程序建立了三种模型,分析了不同结构类型对高层建筑结构侧移的影响,指出斜外扭转结构形式能够有效减小高层建筑的侧移,具有良好的发展前景

智平

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文章编号: 1009 6825( 2008) 18 0033 02高层建筑中的扭转形态收稿日期: 2008 03 13作者简介:智 平( 1983 ) ,男,厦门大学建筑与土木工程学院结构工程专业硕士研究生,福建 厦门 361005智 平摘 要:分析了高层建筑的特点, 针对两种扭转建筑形式, 利用 ANSYS 程序建立了三种模型, 分析了不同结构类型对高层建筑结构侧移的影响,指出斜外扭转结构形式能够有效减小高层建筑的侧移,具有良好的发展前景。关键词:扭转形态, 高层建筑,侧移, 建筑体形,结构体系中图分类号: TU973 文献标识码: A虽然人类设计建筑与马路时均偏好于笔直的线条,但大自然的选择对此并不赞同; 自然界中, 植物的叶子总是按照一定的方式生长在茎上, 都遵循一个规律, 即使叶子保持最大的受光面, 形成叶的镶嵌排列,这种特性是绿叶保证制造更多的光合产物长期适应阳光照射的结果。从叶的镶嵌特性中,建筑设计师得到了启示,设计出许多精美、别致的扭转式高楼, 做到了楼里的几乎每个房间有充足的阳光和新鲜的空气。目前, 世界范围内在建或拟建的标志性高层建筑中, 建筑体形正呈现出这种 扭转 的趋势。例如: 瑞典的 HSB 大厦、新广州电视塔、纽约自由大厦、芝加哥螺旋塔、迪拜无限塔等。这种富有变化的建筑扭转形态,成为一种建筑设计潮流。然而这种扭转建筑体形的实现, 如果采用传统结构形式外悬挑的方式来达到建筑立面的扭转变化, 或是不能满足要求, 或是带来建筑成本的提升和结构计算的复杂。 建筑变化隐藏着结构体系的发展 ,结构体系的变化又会带来新的建筑形象 。为满足这种建筑设计潮流,应在结构设计概念上进行发展。1 高层建筑的特点以及扭转的实现建筑结构在使用中, 除了同时承受垂直荷载和水平荷载外,还要抵抗地震作用。与低层、多层建筑不同的是,高层建筑主要受到水平侧向荷载(风荷载、地震荷载等)的影响, 在支承重力荷载的同时又不能侵占过多的有效面积和空间。随着高度 H 的增大,位移 增加最快,弯矩 M 次之。在高层建筑中, 过大的侧移除了会使人不舒服, 影响正常使用外, 还会造成附属构件和主体结构的裂缝开张和损坏。因此,高层建筑设计不仅需要较大的承载能力, 而且需要较大的刚度, 使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内,侧移已经成为高层建筑的主要控制指标。在实际工程中我们会发现,外柱略微倾斜可以显著减小水平荷载下的高层框架结构的侧移; 对分别为 16 层, 32 层和 40 层的3 幢框架建筑的计算和对比分析结果表明,锥形框架侧移与矩形框架侧移的比值, 随外柱斜率的增大而减小, 而且房屋愈高, 减小的比例愈大。根据这一思想, 我们可以利用斜外柱承重的结构形式来实现建筑体形的扭转。基本方法如下:类似自由大厦的建筑可以采用方案 1(如图 1a)所示) , 屋顶平面 A!B!C!D!相对底层平面 ABCD转动 45∀后,连接顶部平面 4个角与底部平面 4 个角的外柱, 变成斜柱, 各层平面形状不相同。简单受力分析后发现, 当建筑物受到水平力的作用时, 上面提到的斜柱起着牵索的作用, 斜柱轴向拉力或轴向压力的水平分力, 正好与水平外力的方向相反, 从而抵消了部分水平外力。类似瑞典的 HSB 大厦的建筑可以采用方案 2, 平面变化如图 1b)所示 ,相邻楼层之间通过斜外柱相连, 螺旋式的上升,每层平面形状相同。2 结构数值计算分析针对以上两种扭转建筑形式, 在 ANSYS 中建立下面 3 种简单模型,模型参数见表 1。表 1 结构类型与模型参数结构类型模型尺寸/ m长 #宽 #高/层高楼层平面错位情况单元类型和材料种类梁柱截面和板厚/ mm普通框架( F rame)扭转式框架( Turning)螺旋式框架( Torso)均为单跨框架8 # 8 # 48/ 3. 2各层无错位所有层平面相同顶和底错位 45∀各平面形状不同相邻层错位 3∀顶和底错位 45∀各平面形状相同单元类型梁: Beam188柱: Beam188板: Shell63材料种类梁: steel柱: steel板: concrete梁: I 250 # 800 # 18 # 14柱: O 200 # 300板厚: 120梁: I 250 # 800 # 18 # 14柱: O 255 # 300板厚: 120梁: I 250 # 800 # 18 # 14柱: O 200 # 300板厚: 120为了更好地反映出不同结构类型对高层建筑结构侧移的影响,在 ANSYS 程序的模拟计算分析中采用刚性楼盖的假定, 即认为水平放置的楼盖, 在其自身平面内的刚度很大, 可以视为刚度无穷大的平板 ; 楼盖平面刚度外刚度很小, 可以忽略。并利用APDL 语言的刚性域 cer ig命令以及 Shell63 单元特性的设置来实现。模型建立如图 2 所示。对这 3 个结构模型进行水平荷载下的静力分析, 分别施加水平集中荷载、均匀分布荷载和倒三角式的分布荷载, 模拟现实中可能出现的荷载形式,然后比较同种荷载作用下三种结构形式的顶层侧移和楼层侧移。从普通框架和扭转式框架在水平均匀荷载和倒三角荷载下的楼顶层侧移曲线图中,可以发现外柱的倾斜可以显著减小水平荷载作用下的侧移;其中扭转式框架外柱的斜率 ∃ 9% ,而顶层%33%第 34卷第 18期2 0 0 8 年 6 月山 西 建 筑SHANXI ARCH ITECTUREVol. 34 No. 18Jun. 2008文章编号: 1009 6825( 2008) 18 0034 03南京新世界花园景观设计与思考收稿日期: 2008 03 05作者简介:叶 麟( 1981 ) ,男,东南大学建筑学院景观建筑学专业硕士研究生,江苏 南京 210096叶 麟摘 要:以南京新世界花园景观设计为切入点, 对小区建筑布局及其空间关系进行了统筹研究, 提出了景观设计需解决的问题,探讨了如何进行科学化的景观设计,力求使住区景观环境创造出最佳的景观效益。关键词:景观设计, 环境,设计构思, 特征,设计理念中图分类号: TU984. 12 文献标识码: A随着社会的进步和生活水平的提高, 逐步迈上小康步伐的城市居民对生活的要求不再仅仅停留在对物质的满足上,人类如何看待、响应其所处的聚居环境, 反映了人类关于聚居环境的价值观念。环境景观能创造价值 ,已被房地产开发商所认同,景观的建设开发越来越受到重视。与此同时, 在景观设计喧闹的表象下存在着潜在的问题和危机, 主要表现在以下几个方面: 1)过分追求奇异化的景观设计所造成的人性化的缺失; 2)缺少合理的统筹与协调,造成各种资源的浪费, 无法达到景观效益的最大化; 3)盲目追求品质,造价过高,产生巨大的养管费用, 不利于住区景观环境的可持续发展。设计者在南京新世界花园景观设计中, 力求建造一个符合现代都市生活需求的生态型休闲小区。该小区景观设计所要表达的是一种 科学化、适度化 的景观设计理念, 目的是使景观效益发挥到最佳,创造价值。1 现状环境研究南京新世界花园位于紫金山麓、玄武湖畔, 小区内大树成荫,的侧移仅为普通框架顶层侧移的 35%左右, 减少近 65% (见图 3)。虽然一般框架是弯曲受力体系, 但是在楼层间侧移变化图中,可以发现扭转式框架的楼层间侧移变化情况与轴力受力体系的楼层侧移变化情况接近, 随高度的分布比较均匀, 可见这种结构形式能有效使层间剪力均匀分布, 使得各层结构材料的性能得以充分发挥,从而减少工程的造价。尽管从以上的比较分析中无法看出螺旋式框架具有减少侧移的作用, 甚至还略有增大, 但是这种螺旋式造成的侧面可以有效地减小水平向的风荷载作用, 因而与普通框架相比, 同等条件下,所受水平侧向力要小很多,同样可以达到减小楼顶层侧移的效果。并且从现已建成的瑞典马摩尔的HSB 大厦中, 可以看出这样的建筑结构形式在实际施工中是可行的,具有一定的发展前景。3 结语根据建筑设计与空间构成的要求, 寻求构架形态多样化的可能性, 并将其构架最小化, 那么就会出现与以往完全不同的优美的结构形态。对于目前在高层建筑中出现的 扭转 设计潮流, 参考传统的结构形式并不能完全达到要求, 然而在传统的基础上重新思考和构造,采用斜外柱的扭转结构形式, 不仅能达到优美的扭转建筑外观,而且通过简单模型的数值计算分析还可以发现, 这种结构形式具有良好的抗侧移效果,是一种有效的抗侧力形式。参考文献:[ 1] 刘大海. 高层建筑抗震设计[ M ] .北京: 中国建筑工业出版社, 1993: 88 89.[ 2] 增田一真. 结构形态与建筑设计 [ M ] . 任莅棣, 译. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002: 7 14.[ 3] 孙友波.结构体系的再造与重构[ J] . 南方建筑, 2004( 5) : 5758.[ 4] 李向阳. 论高层建筑的扭转控制 [ J] . 山西建筑, 2007, 33( 34) : 72 73.[ 5] 包世华,张铜生. 高层建筑结构设计和计算[ M ] . 北京: 清华大学出版社, 2005: 1 9.[ 6] W%舒勒尔.建筑结构设计[ M ] .罗福午, 译. 北京: 清华大学出版社, 2006: 33 43.Twisting contour of the high rise buildingZHI PingAbstract: The aut hor analy zes the character of t he high r ise building. According to two forms of the torsion building , the autho r buildes thr eekinds model by ANSYS program, analy zes t he influence of the different structure type on the lateral displacement of the high r ise buildingstructure, points out that the form of the oblique outside torsion structur e can effectively reduce the lateral displacement of the high rise building and has a good developing prospect.Key words: tw isting contour, high r ise building, later al displacement, building shape, structure system%34%第 34卷第 18期2 0 0 8 年 6 月山 西 建 筑SHANXI ARCH IT ECTUREVol. 34 No. 18Jun. 2008

高层建筑中的扭转形态

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