結構設計&太極陰陽

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“太極的由來”

《易傳·繫辭上傳》:“易有太極,是生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦。”

易:1、《周易》;2、道,混沌。3、無極

太極:闡明宇宙從無極而到太極,以至萬物化生的過程。太極即為天地未開、混沌未分陰陽之後的狀態。

兩儀:綜合歷代易學家的理論,計有七說:一說為陰陽,一說為天地,一說為奇偶,一說為剛柔,一說為玄黃,一說為乾坤,一說為春秋。但通常是指陰陽。

四象:太陽、太陰、少陰、少陽。

從數學角度論四象為:七、九、八、六。

從方位角度論四象為:東、南、西、北。

從一年季節論四象為:春、夏、秋、冬。

從人的名字論四象為:孟章、執名、監兵、陵光

從飛禽走獸論四象為:青龍、玄武、白虎、朱雀。

四象還有兩種說法為:

一說為:金、木、水、火。

一說為:陰、陽、剛、柔。

八卦:乾代表天,坤代表地,巽(xùn)代表風,震代表雷,坎代表水,離代表火,艮(gèn)代表山,兌代表澤。

釋:指浩瀚宇宙間的一切事物和現象都包含著陰和陽,以及表與裡的兩面。而它們之間卻既互相對立鬥爭又相互資生依存的關係,這即是物質世界的一般律,是眾多事物的綱領和由來,也是事物產生與毀滅的根由所在。天地之道,以陰陽二氣造化萬物。天地、日月、雷電、風雨、四時、於前午後,以及雄雌、剛柔、動靜、顯斂,萬事萬物,莫不分陰陽。人生之理,以陰陽二氣長養百骸。經絡、骨肉、腹背、五臟、六腑,乃至七損八益,一身之內,莫不合陰陽之理。這一理論建立至今凡兩三千年,仍在為人們描述永珍。人與自然之間存在著互動的關係。人與天地相參,與日月相應,一體之盈虛訊息,皆通於天地,應於物類。

《易傳·繫辭上傳》:“易有太極,是生兩儀,兩儀生四象,四象生八卦。”

結構設計&太極陰陽

結構設計&太極陰陽

六十四卦的兩個基本符號之一:用“—”代表陽爻,用“— —”代表陰爻

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太極陰陽與結構

在高層建築結構設計中,除了重力荷載外,建築結構所受的作用主要來自橫向,橫向作用往往是結構設計的主要控制因素,因此抗側力構件的設計是結構設計的主要矛盾。

如果,“太極”就是高層建築結構的“抗側力構件”。

結構設計&太極陰陽

太極生兩儀:陰和陽的兩面,它們之間既互相對立鬥爭又相互依存,這是物質世界的一般律,也是事物產生與毀滅的根由所在。天地之道,以陰陽二氣造化萬物。天地、日月、雄雌、剛柔、動靜、顯斂,萬事萬物,莫不分陰陽,莫不合陰陽之理。

結構設計&太極陰陽

柱和牆共生於“抗側力構件”,二者也沒有絕對的分界線,這和太極圖中陰陽兩儀共生、相互轉化的道理是一致的。

結構設計&太極陰陽

全框架結構:

全框架結構由梁、柱構件透過節點連線構成,結構的側向剛度較小,屬於典型的柔性結構。

在水平荷載作用下,框架結構側移較大,變形以剪下變形為主,在強震作用下會影響正常使用,因此其建築高度受到一定限制,設計時應控制房屋的高度。

結構設計&太極陰陽

帶部分剪力牆的框架結構:

設定剪力牆並沒有改變結構體系,是帶有少量剪力牆的框架結構,屬於一種特殊的結構形式,但仍是框架結構,設定剪力牆並沒有改變結構體系,是帶有少量剪力牆的框架結構,屬於一種特殊的結構形式,但仍是框架結構。

短肢剪力牆結構:

在結構設計方面,短肢剪力牆結構要比普通框架-剪力牆具有更好的隱蔽性,

使牆肢與梁可以隱藏在牆體內,方便了使用者對內部結構的靈活設計應用。且在設計中,短肢剪力牆對於牆的數量和肢長的確定也更加靈活,可以透過計算建築的抗側力需求來確定數量的多少以及肢長的長短,同時,牆體剛度的大小和剛度中心位置的確定,也都可以根據實際情況靈活調整,使建築結構設計更加貼合實際的需要。

結構設計&太極陰陽

部分框支剪力牆:

下面一根陰爻,上面兩根陽爻。這兩根陽爻表示結構的剛性更強,

結構的絕大部分抗側構件已經進入一般剪力牆(截面高厚比大於8)階段,但該卦的下位為陰爻,結構的整體基調是偏柔(弱剛)性的。而從爻位上看,陰爻在下位,柔性部位很可能出現在結構的底部區域。這種“下柔上剛”的結構便是所謂的“部分框支剪力牆”結構。對於部分框支剪力牆,轉換層的下部樓層由於設定大空間的要求,其部分豎向抗側力構件不連續,側向剛度會產生突變,一般比轉換層上部樓層的剛度小,設計時應採取措施減少轉換層上、下樓層結構側向剛度及承載力的變化,以保證滿足抗風、抗震設計的要求。

結構設計&太極陰陽

框架-剪力牆結構

表示該結構已進入剛性階段,剪力牆已經成為了結構體系中最重要的抗側力結構。

而從爻位上看,下陽上陰,該結構底部主要由剛性結構承擔水平剪力,頂部主要由柔性結構承擔水平剪力,這種“下剛上柔”的結構正是所謂的“框架-剪力牆結構”。框剪結構中的框架部分的側移曲線是剪下型,而剪力牆的側移曲線是彎曲型,由於樓蓋在自身平面內剛度很大,在同一高度處框架、剪力牆的側移基本相同,這使得框剪結構的側移曲線既不是剪下型,也不是彎曲型,而是一種各層間位移角分佈均勻的“彎剪混合型”。因此,作為一種受力和變形都較為合理,造價比較適中,又能方便建築平面佈置的結構形式,框剪結構在高層建築結構體系中應用十分廣泛。

全落地剪力牆結構

這表示結構的所有抗側構件都已經轉化為一般剪力牆(截面高厚比大於8),

已完全進入剛性很強的階段。陽爻主下、上位,當位;陰爻主中位,當位,這表示該結構抗震效能十分合理,屬於典型的剛性結構,而這種結構形式正是所謂的“全落地剪力牆結構”。全落地剪力牆結構是由縱向和橫向鋼筋混凝土牆所組成,豎向荷載、風荷載及地震作用均由牆體承受。剪力牆自下而上連續佈置,可避免剛度突變。卦象中的一根陰爻表示在剪力牆結構中,剪力牆側向剛度不宜過大,剪力牆間距不宜太密,宜採用大開間佈置,這樣可以做到既受力合理又節約材料。此外,陰爻主中位,意味著剪力牆結構全樓中部層間位移可能較大,連梁剪力也會比上下部位更大。

框架-核心筒結構

下面兩根陽爻,上面一根陰爻。陽爻主下、中位,與全落地剪力牆結構相比,

該結構的剛度繼續增加。而此時尚有一根陰爻居於上位,表示該結構仍存在少量的柔性,極可能是框架結構部分導致的,因此該卦反映的正是“框架-核心筒結構”。由於核心筒的空間作用,該結構抗側剛度與剪力牆結構相比得到進一步提高,可廣泛應用於超高層建築。框架-筒體結構中的實腹筒佈置在建築平面中心形成核心筒,而在四周邊佈置框架柱。在這種結構中,筒體具有遠大於框架的抗側移剛度,因此是主要的抗側力構件,而框架則主要用來承擔豎向荷載。這樣在建築平面上,就允許框架柱的佈置有較大靈活性,可以製造方便使用的大空間。

筒中筒結構

三根陽爻,剛強無比。毫無疑問,該卦代表了迄今高層建築結構中剛度最大結構形式之一的筒中筒結構。

筒中筒結構的內筒通常為鋼筋混凝土剪力牆,外筒為“深梁密柱”形式的框筒。由於這種結構相當於內外兩個筒體在各個樓層位置設一道隔板形成,其空間剛度相當大,在超高層建築中,是一種非常理想的抗側力結構體系。