关于结构设计与建筑节能指标相互关系研究.docVIP

关于结构设计与建筑节能指标相互关系研究 　　[摘要]随着人类社会的不断发展和科学技术的不断进步，能源短缺已成为全世界面I临的问题，为此在建筑行业提出了例如低能耗建筑、零能建筑和绿色建筑等建筑节能设计理念。本文就建筑节能指标的取值对结构设计的影响作出相关分析，以供参考！ 　　[关键词]建筑节能；结构设计；绿色建筑 　　建筑节能就是指在保证建筑使用功能和质量的前提下，降低其使用过程中能源消耗的活动。设计师在建筑规划和设计时，要充分考虑到建筑物本身的特点，周围环境等对建筑结构设计的影响，重视利用自然环境，创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少对建筑设备的依赖，从而达到节能的目的。以下结合自己平时的工作实践，从节能指标的取值上对结构设计的影响展开分析。 　　1.建筑体形系数对结构设计的影响 　　建筑体形系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。其计算公式为：S＝F0／V0（S表示建筑物；F0表示建筑物接触室外大气的外表面积；V0表示其所包围的体积。以上可以看出体积小、体形复杂的建筑，以及平房和低层建筑，体形系数较大，对节能不利；体积大、体形简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。 　　1.1建筑物高宽比取值对结构设计的影响 　　从体形系数的定义和公式可以看出其大小与建筑物的平面和立面布置有很大关系，合理的建筑体形布置在抗震设计中是非常重要的，建筑应具有充分的刚度，在高层建筑设计中，侧向刚度为主要考虑的因素，这是因为必须限制水平位移，防止产生二阶P-△效应使建筑失稳，另外必须控制位移在一个相当小的范围内，使结构处于弹性状态，对于混凝土结构需要限制裂缝不超过允许范围，保证填充墙、等非结构构件的完好，避免产生明显的损伤，还有结构必须具有充分的刚性，用以防止动力运动较大时对居住者产生不舒适感，避免柔性状态工作以致使建筑过于敏感。抗侧刚度的主要控制参数，我国有关规范均采用控制层间位移角来实现，即层间最大位移与层高之比=Qi，实际上，高层建筑的侧向刚度控制，就是通过对其层间位移角加以控制而实现的，而层间位移的控制就是对构件的截面大小、刚度大小、抗侧构件的设置，如平面的设置（框架跨数、剪力墙间距）等，竖向的设置（高度、层数、层高），这样就关联到了整个建筑的高宽比值这样一个宏观控制的相对指标。 　　1.2建筑物平面和竖向规则性对结构设计的影响 　　建筑物外表面凹凸越多，则其外表面积越大，在相同体积下，当然建筑物外表面积越简单，则体形系数越小。而在结构抗震计算中，强调结构的规则性，即力求结构的体形刚度中心和质量中心尽量重合，否则结构在水平地震作用下由于刚心和质心偏离太大而产生扭转效应，使结构地震作用效应增大，结构构件配筋率提高。体形系数满足节能设计的要求下，要考虑建筑物平面的对称、均匀性，国内外历次大地震表明，平面不规则、质量和刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中受到严重破坏，并且平面布置过于狭长的建筑物，在地震时由于两端地震波输入位相差而容易产生不规则振动，产生较大危害；平面上有较长外伸时，外伸段容易产生局部振动，表现出高振型，而引发凹角破坏。故对建筑物平面长宽比做了上限规定，如矩形平面建筑，六和七度抗震设防区长宽比不大于6；八和九度抗震设防区长宽比不大于5， 　　建筑立面布置不能出现过大的内收和外挑，否则会使房屋竖向刚度发生突变，结构出现薄弱层和鞭端效应，上部结构相对下部外挑时，结构的扭转效应和竖向地震作用明显，下部相对上部外伸时，收进的部分越高，收进后的尺寸越少，结构的高振性效应越明显，建筑物立面有较大收进或顶部有小面积的突出小房间造成建筑立面体形沿高度变化，结构刚度突变加剧地震作用。由此可知，在体形系数满足节能设计要求的条件下，要选择上下等宽或由下向上逐渐减小的建筑体形，高层建筑所受的风荷载较大，在沿海地区，风力成为高层建筑的控制性荷载，采用风压较小的平面形状才利于抗风设计，而风荷载的大小又与风荷载体形系数μS有关，圆形平面μS=0.8；高宽比H／B不大于4的矩形，方形，十字形建筑μS=1.3；V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑μS=1.4。由风荷载标准值计算公式：WR=βZμSμZω0可知μS越大，则风荷载越大，由于μS与建筑物平面形状有关，当然与建筑物体形系数有关，故体形系数取值影响建筑物所受风荷载的大小，对构件配筋和材料强度影响较大。 　　总之平面不规则的高层结构具有扭转效应，结构设计时要充分发挥剪力墙的作用，使结构具有较大的抗扭刚度，同时要通过构造措施提高结构竖向构件的变形能力。 　　2.建筑窗墙面积比取值对结构设计的影响 　　窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位轴线围城的面积）的比值。节