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高层建筑结构设计的周易原理
2022-07-15 08:04
本文摘要:近日忽闻老庄结构学院(TaoismStructuralInstitute)横空出世,红透半边天,桃李满天下,本人不已兴奋。我和讲学老师邓老师是网友,神交已幸,今特发此小文,来为邓兄祝贺!糅合邓老师的讲座,融合本人的国学学识和结构设计造诣,玩味远古的《周易》理论,解析高层建筑结构体系和基本设计原理,宏大我华夏传统经典的美好文明!《周易.系辞》曰:不易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦以定吉凶,吉凶生大业。

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近日忽闻老庄结构学院(TaoismStructuralInstitute)横空出世,红透半边天,桃李满天下,本人不已兴奋。我和讲学老师邓老师是网友,神交已幸,今特发此小文,来为邓兄祝贺!糅合邓老师的讲座,融合本人的国学学识和结构设计造诣,玩味远古的《周易》理论,解析高层建筑结构体系和基本设计原理,宏大我华夏传统经典的美好文明!《周易.系辞》曰:不易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦以定吉凶,吉凶生大业。这一八卦分解理论创建至今已有三千年以上,如今仍在为人们叙述人间万象。

本文将利用这一理论来解构高层建筑结构(混凝土结构)体系和基本设计原理。太极,从原意上谈,即为天地并未进、浑沌并未分阴阳之前的状态。

在高层建筑结构设计中,建筑结构蒙受的起到主要来自纵向,纵向起到往往是结构设计的主要掌控因素,因此外用侧力构件的设计是设计的主要矛盾。所以,在结构工程师的眼中,太极就是高层建筑结构的抗侧力构件。两仪,即太极的阴、阳两仪(用-代表阳爻,用--代表阴爻)。

浩瀚宇宙间的一切事物和现象都包括着阴和阳的两面。它们之间既相互矛盾斗争又相互依存,这是物质世界的一般律,也是事物产生与吞噬的根由所在。

天地之道,以阴阳二气炼万物。天地、日月、雄雌、拳法、动静、显敛,万事万物,无不分阴阳,无不合阴阳之理。在高层建筑结构设计理论中,外用侧力构件演化出了柔性构件和刚性构件。

柔性构件外用外侧刚性小,是阴性的,其极端代表为柱构件(横截面高宽比大于3);而刚性构件外用外侧刚性大,是阳性的,其极端代表为剪力墙构件(横截面高宽比小于8)。柱和墙共计出生于外用侧力构件,二者也没意味著的分界线,这和太极图中阴阳两仪共生、互相转化成的道理是完全一致的。

四象,即太阴、少阳、少阴、太阳,可以代表东南西北,可以代表春夏秋冬,也可以代表青龙、白虎、朱雀、玄武四个星名。在高层建筑结构设计理论中,把柔性构件和刚性构件展开人组派生之后获得了高层建筑结构的四象,即柔性结构(太阴)、很弱刚性结构(少阳)、刚性结构(少阴)和强劲刚性结构(太阳)。八卦,代表八种自然界的基本物象:乾为天,兑为泽,离为火,震为雷,巽为风,坎为水,艮为山,坤为地。

而现代高层建筑结构设计理论更加将这八种物象演译得淋漓尽致,精彩绝伦!参看周易八卦和高层建筑结构关系图,首先我们看坤卦,三根阴爻,其珍无比,代表了全框架结构。仅有框架结构由梁、柱构件通过节点相连包含,结构的侧向刚性较小,归属于典型的柔性结构。

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在水平荷载起到下,框架结构侧移较小,变形以剪切变形居多,在强震起到持续性影响长时间用于,因此其建筑高度受到一定容许,设计时应掌控房屋的高度。接下来是艮卦,下面两根阴爻,上面一根阳爻,即下、中位的秽爻要求了该卦的属性仍是阴性(留意:在八卦的三根爻中,越往下的爻位就越能体现该卦的本质属性。例如树木从下往上长,例如火苗从下往上烧),回应柔性结构中带一点刚性,这就是所谓的带上部分剪力墙的框架结构。

这种结构的柱轴压比限值宜按框架结构的规定使用,抗震等级不应按框架结构确认。根据剪力墙的数量,仅次于限于高度哈密顿框架结构必要减少。接下来是坎卦,下面一根阴爻,中间一根阳爻,上面一根阴爻。

阳爻从上偏移至中位,回应结构的刚性强化,结构的主要线脚构件早已从框架柱开始向剪力墙过渡性,转入了剪力墙横截面高厚之比3~8的区间,这乃是所谓的短肢剪力墙结构。短肢剪力墙的受力、变形特征,类似于框架结构,但比框架结构的内力分配更加合理。在短肢剪力墙结构中,较短肢墙的数量应适当,产于尽可能均匀分布。由于短肢剪力墙相对于普通剪力墙,其外用外侧刚性比较较小,设计时宜布置必要数量的长墙,或利用电梯、楼梯间构成刚性较小的内筒,在抗震设计中,筒体和一般剪力墙忍受的第一振型底部地震翻覆力矩不应大于结构底部地震翻覆力矩的50%,以弃结构产生大的变形,这正是卦象中位一根阳爻的含义。

对于小高层建筑结构,使用短肢剪力墙结构,既可以确保结构的刚性、偏移,又可以使室内空间方正合理。接下来是巽卦,下面一根阴爻,上面两根阳爻。这两根阳爻回应结构的刚性更加强劲,结构的绝大部分外用外侧构件早已转入一般剪力墙(横截面高厚比小于8)阶段,但该卦的下位为阴爻,结构的整体基调是偏柔(很弱刚刚)性的。

而从爻位上看,阴爻在下位,柔性部位很有可能经常出现在结构的底部区域。这种下珍上刚的结构乃是所谓的部分框支剪力墙结构。对于部分框支剪力墙,切换层的下部楼层由于设置大空间的拒绝,其部分线脚外用侧力构件不倒数,侧向刚性不会产生变异,一般比切换层上部楼层的刚性小,设计时应采取措施增加切换层上、下楼层结构侧向刚性及承载力的变化,以确保符合抗风、抗震设计的拒绝。接下来是震卦,下面一根阳爻,上面两根阴爻。

阳爻居住于下位,回应该结构已转入刚性阶段,剪力墙早已沦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分担水平剪力,顶部主要由柔性结构分担水平剪力,这种下刚上珍的结构正是所谓的框架-剪力墙结构。

板剪成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倾斜型,由于楼盖在自身平面内刚性相当大,在同一高度处框架、剪力墙的侧移基本相同,这使得板剪成结构的侧移曲线既不是剪切型,也不是倾斜型,而是一种各层间偏移角分布均匀分布的弯剪混合型。因此,作为一种受力和变形都更为合理,耗资较为高,又能便利建筑平面布置的结构形式,板剪成结构在高层建筑结构体系中应用于十分普遍。接下来是离卦,下面一根阳爻,中间一根阴爻,上面一根阳爻。

这回应结构的所有外用外侧构件都早已转化成为一般剪力墙(横截面高厚比小于8),已几乎转入刚性很强的阶段。阳爻主下、上位,当位;阴爻主中位,当位,这回应该结构抗震性能十分合理,归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。仅有落地剪力墙结构是由横向和纵向钢筋混凝土墙所构成,线脚荷载、风荷载及地震起到皆由墙体忍受。

剪力墙自下而上倒数布置,可避免刚性变异。卦象中的一根阴爻回应在剪力墙结构中,剪力墙侧向刚性不应过大,剪力墙间距不应太密,宜使用大开间布置,这样可以做既受力合理又节约材料。

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接下来是兑卦,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比起,该结构的刚性之后减少。

而此时另有一根阴爻居住于上位,回应该结构仍不存在少量的柔性,近于有可能是框架结构部分造成的,因此该卦体现的正是框架-核心筒结构。由于核心筒的空间起到,该结构外用外侧刚性与剪力墙结构比起获得进一步提高,可普遍应用于超高层建筑。框架-筒体结构中的实腹筒布置在建筑平面中心构成核心筒,而在四周边布置框架柱。在这种结构中,筒体具备远大于框架的抗侧移刚性,因此是主要的抗侧力构件,而框架则主要用来分担线脚荷载。

这样在建筑平面上,就容许框架柱的布置有较小灵活性,可以生产方便使用的大空间。最后是乾卦,三根阳爻,正直无比。毫无疑问,该卦代表了目前为止高层建筑结构中刚性仅次于结构形式之一的筒中筒结构。

筒中筒结构的内筒一般来说为钢筋混凝土剪力墙,外筒为浅梁密柱形式的框筒。由于这种结构相等于内外两个筒体在各个楼层方位另设一道隔板构成,其空间刚性相当大,在超高层建筑中,是一种十分理想的抗侧力结构体系。综上所述,我们可以看见这八种少见高层建筑结构内在的规律性:坤、艮、坎、巽、如雷、离、币值、乾这八卦依序代表十进制数字0、1、2、3、4、5、6、7等八个序号(参照《莱布尼茨二进制与伏羲八卦图》一书),它们所对应的结构的抗侧刚性依序减少,结构的仅次于限于高度也依序减小。

这一规律毕竟凑巧,毕竟故弄玄虚,而是《周易》八卦理论的合理应用于,是《周易》理论与时偕行的大自然反映,是对高层建筑结构体系和设计原理的直观定性的阐释,也是中华传统哲学智慧和现代西方科技理论的极致与众不同!最后,八卦以定吉凶,吉凶生大业这几个字很好解读:如果我们结构工程师确实解读掌控了这八种典型结构的设计原理和设计方法,必然能在事业上趋吉避凶,顺风顺水,建功立业!只不过除了太极,还有无极这一众说纷纭,于是以所谓无极生太极也。无极,是一个抽象化的概念,可以解读为敲诸四海皆准的真理,宇宙间的广泛限于规律,也就是老子和庄子所谓的道。

在本文中,无极就是高层建筑结构设计基本原理;在老庄结构学院中,无极就是邓老师及其团队所讲授的设计原理!.。


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