系统论在建筑结构运用

1系统论在建筑结构设计中的运用

某建筑工程为例，该建筑楼高14层，总建筑高度为52．5m，占地面积为5236．6㎡，总建筑面积为47853．5㎡，该建筑工程的施工单位决定采用系统论进行建筑结构设计，系统论在建筑结构设计中的运用主要表现为以下几个方面:

1．1不确定性

(1)建筑结构材料性能的不确定性。建筑结构材料的不确定性指的是材料因为尺寸、工艺、环境、加荷以及质量因素等，导致建筑结构材料的性能发生变化，例如钢筋材料强度的不确定性，首先应该考虑钢筋自身强度的性能，然后还需要考虑实验室条件与实际工作环境之间的差别。

(2)建筑内部空间剪力墙设计的不确定性。剪力墙结构指的是建筑内部空间纵横向的主要承重构件为结构墙的结构，当剪力墙结构位于建筑内部空间的合适位置，并且剪力墙结构自身具有一定的强度后，将会形成一种分割建筑内部空间，并且能够抵抗水平作用的结构体系。通常状况下，剪力墙的厚度较薄，一般为210mm－310mm，最小的可以达到170mm;剪力墙的高度通常和房建的高度相等，高达几十米到一百多米，剪力墙的强身平面外的刚度相对较小，可以忽略不计，但是剪力墙在其墙身平面内的抗侧移刚度非常大。

以此，建筑结构上的水平建立大部分被分配到剪力墙结构上。由于剪力墙结构几何参数以及结构构件计算模式等方面存在不确定性，因此，鉴于建筑结构的特殊性与复杂性，在设计建筑内部空间结构时，应该全面的考虑各种不确定性，然后利用建立在可靠度基础上的设计方法，通过利用分项系数对结构的不确定性进行分析。

(3)建筑结构地震设计的不确定性。建筑地震设计是建筑抗震分析的前提，合理而准确的地震输入是保证抗震分析结果正确性和有效性的基础。地震作用具有随机性和不确定性，并且地震波在结构建设场地、震源发生机制、传播途径等都存在不确定性，而建筑的地震设计是对未来可能出现的地震频谱特征、强度、时程以及大小等进行假设，导致建筑结构地震动设计存在不确定性。因此，在进行地震设计时，应该将地震设计当作随机过程，利用概率法进行设计。

1．2整体性

(1)梁板结构相互作用分析。建筑结构中梁板还受到水平荷载的影响，柱顶转动会被现浇板以及框架梁共同受弯的束缚，导致柱子会发生由上而下的反弯曲效果，形成框架作用。因此，在进行梁板结构设计时，应该从梁板的整体性考虑，依据梁板共同作用的原理和特性，根据规定的翼缘宽度，综合的进行梁板结构相互作用分析。

此外，建筑结构中的梁板还受到竖向荷载的作用，当梁的抗弯刚度以及大小有限，梁板将会被当作楼板不发生竖向位移的静止支座，楼板受力明显及变形和实际不相符，将会导致楼板柱支承位置出现裂缝;当梁的抗弯刚度以及大小较大时，竖向变形低于楼板，则在进行梁板结构设计时，并不需要考虑梁竖向位移给楼板变形造成的影响。但是，楼板体系中的楼板和梁之间是相互依托和相互影响的，因此，在设计楼板的配筋时，应该从梁板的整体性考虑，将楼板和梁联系起来，不能将梁简单的当做楼板的静止支座，通过全面的对楼板内力分布状况进行分析，考虑梁板刚度比对梁板结构设计的影响。

(2)地基结构相互作用分析。在进行建筑结构设计时，应该将建筑的上部结构和地基作为一个整体，这主要是因为地基和周边土体介质运动之间存在顺从关系;结构物的土体不但是支撑介质，还充当了地震波的传播介质;结构物周边以及支撑土地的变形程度直接影响着结构物的抗震能力。地基结构在受到荷载的作用下会发生沉降变形，沉降变形可以用公式表示:{FF}+{Fst}={μ}{［Kst］+［KF］+［Ks(ps)］}。公式中FF表示的是基础凝聚于基底的荷载向量;Fst表示的是上部结构凝聚与地基的荷载向量;μ指的是地基沉降变形向量;［Kst］表示的是上部结构凝聚于基底刚度矩阵;［KF］表示的是基础结构凝聚于基底刚度矩阵;［Ks(ps)］表示的是地基结构凝聚于基底刚度矩阵。在地基结构设计中，将环梁、楼板、钢梁等连成一个整体，保证楼板轴拉应力在正常使用状态下小于2MPa，能够有效的解决地基结构承载力不足的问题。

1．3非线性

(1)钢筋混凝土结构的非线性。钢筋混凝土的力学特性具有非线性的特点，需要通过大量的实验设计板、墙、梁等构件，并且处于承载状态下的钢筋混凝土的受力状态更加复杂，钢筋混凝土结构的非线性特征更明显。

(2)结构弹性抗震分析。建筑结构在地震的作用下会在弹性范围内起到抗震的作用，如果地震剧烈，将会导致建筑结构迅速进行如塑性状态，导致钢筋屈服、混凝土被压碎，导致建筑结构被破坏，一些结构失去效用，通过利用系统论进行结构弹性抗震分析，能够对结构内力重新进行分配，进而增强建筑结构的抗震性能。

总之，系统论的核心思想是系统的整体观念，在系统论视域下，建筑结构也是一个严密的系统，通过将系统论运用到建筑结构设计中，能够来全方位、全过程的控制和保证建筑结构设计的质量。因此，应该将系统论广泛的推广和应用到建筑结构设计中。

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