随着城市土地资源越来越紧张,高层建筑发展迅速。城市里随处可以见到正在兴建的高层建筑,在一般的商住楼、医院、写字楼等建筑物中,框架结构、框-剪结构、剪力墙结构,以其优越的抗震抗风性能、实惠的造价、简单的施工工艺获得了房地产开发商的青睐。比较来看,框架结构竖向承重构件少,空间最为灵活,造价低,但抵抗水平荷载的能力差。剪力墙结构的优点是水平刚度大、抗风抗震能力强,但造价相对较高,且空间狭小,分割不灵活。因此综合了两种结构优点的框剪结构在高层建筑中占据了重要地位。

1.2 稻瘟病抗性田间鉴定方法 采用田间诱发的方式，用苏御糯作为感病对照品种。5月12日育秧，地宽100 cm，插秧前划行、插牌。每个品种南北方向，5行10穴插秧。在参试品种两侧插种感病诱发品种苏御糯，间隔插秧。在水稻分蘖初期，田间撒播上年收集的稻瘟病菌标样，有利于发病，在水稻基本黄熟后调查水稻穗颈瘟。按国家统一标准，检查发病情况，分级记载。

在结构设计中,结构设计师往往在以满足规范要求的条件下,追求最大的经济效益为目标,因此,结构设计业内活跃着大量的结构优化公司,一些大型的建筑设计院甚至拥有自己的结构优化部门。在传统的结构设计中,工程师需要根据自己的经验进行构件布置和截面设计,再根据规范进行调整,在设计中往往很难得到结构的“最优解”。而在学术研究领域,优化计算步骤繁琐、计算公式十分复杂,与生产实际结合不紧密; 此外普通结构设计指导书介绍的方法又太简单,只能用于初步设计,达不到优化设计精度[1–3]。因此,本文通过建立结构模型,以规范要求为限制条件,推导一套简单的计算方法和计算公式,从而得到满足优化设计要求的框剪结构最优抗侧刚度,进一步快速得到较为经济的剪力墙长度,用于框剪结构的结构布置。

1 模型的建立

1.1 模型自然环境设置

由于中国地域广阔,不同地区自然条件差别很大,所以综合考虑结构模型须至少在华南地区具有普遍适用性。根据《建筑抗震设计规范》[4]和《高层建筑混凝土结构技术规程》[5]的要求,抗震设防烈度为6度,设计地震基本加速度值为0.05g,地震分组为第一组,基本风压为0.45 kN/m2。场地及施工条件均良好,不考虑地质灾害的作用。

1.2 结构布置

在 PKPM 软件内进行建模调试,因为框剪结构普遍层数在20～30层,所以对标准层模型通过“楼层组装”命令分别组装20、25、30层3个子模型用来研究层高对最优刚度的影响。模型结构平面布置应具有代表性,所以设计具体结构布置如图 1所示。建筑长宽比为3∶1,X向宽度36 m,共6跨,这样结构平面既规则便于计算,又没有呈正方形而失去普遍性。梁截面 200 mm × 500 mm,跨度双向取6 m,柱截面800 mm × 800 mm柱网沿节点对中布置。因为要研究剪力墙抗侧刚度,剪力墙部分需要通过优化公式计算得到,所以暂不布置剪力墙。标准层荷载按一般商住楼布置,层高3 m[6]。

对于变换中的对称，古希腊人特别关注，他们十分留意对称现象，他们创立了一种学说，认为世界的一切规律都源于对称，他们认为最对称的物体就是圆，所以他们把天文学中的天体运行轨道画成圆的，之后又圆上加圆。这样就发展成为希腊后来的天文学。

  

图1 模型平面布置图

2 优化公式的推导

2.1 框剪结构协同工作原理

框剪结构分为框架部分和剪力墙部分。剪力墙部分水平刚度较大,水平荷载作用下呈悬臂式的弯曲型变形,而框架部分水平刚度小,呈剪切型变形[7–9]。根据力学知识可知,剪切变形下部变形大,上部变形小,而弯曲变形则相反。所以框剪结构下部连接件受拉上部连接件受压,此时结构呈弯剪型变形(图2)。

有了好的主题与立意，还需要有好的表达与表现：一要有抓人眼球的文章标题，二要有自由灵活的编排和呈现形式，三要有恰到好处的推送时间。

  

图2 框剪结构协同工作示意图

通过上述模型计算发现,最终的程序运行结果与最优特征值计算的抗侧刚度结果吻合较好,能够用于结构的优化。最终结构的调试,只要使墙、柱轴压比等满足规范强度即可。此时虽然未必能够完全得到最优解,但是结构满足了优化设计所需的精度。

从上述方法计算的结果可以得到,25层的最优刚度特征值为1.6,而30层结构模型的刚度特征值为1.7。优化模型的特征值都非常接近,从公式拟合的结果看,在试算满足柱轴压比的情况下进行拟合出来的层间位移角的倒数1/y(ξ)与刚度特征值 λ公式受层高的影响不大,得到的最优刚度特征值变化在 0.1以内。但是在最优刚度特征值下的层间位移角的倒数1/y(ξ)受模型高度的影响不能忽略,且函数关系较复杂。

 

其中: x为楼层所在高度; Cf为框架部分抗侧刚度; H为建筑物总高度[9]; λ为结构刚度特征值,它反映了框剪结构中框架部分与剪力墙抗侧刚度之间的关系,对变形和水平力的分配有着重要的作用,它的最优值范围为1.0～3.0[10]。根据规范要求,框剪结构层间位移角应当在1/800以内,且该建筑模型中风荷载作用可视为成倒三角形荷载。因此,若该模型计算出来y(ξ) ＜ 1/800即可满足规范的要求。将框架部分抗侧刚度Cf视为定值,通过计算λ的最优值即可推算最优剪力墙抗侧刚度。

2.2 框架部分抗侧刚度

框架部分抗侧刚度可以用 D值法来确定,有抗侧刚其中Df是楼层框架抗侧刚度之和,与框架柱的线刚度和布置位置有关,也可以通过在布置剪力墙前对框架部分进行PKPM软件试算,再查看SATWE文件中的结构设计总信息得到。

与汉语世界(中国)不同的是，西方(主要是英语国家)直接冠以“旅游本质”(“essence”或“nature”)的学术论文探讨也较汉语世界(中国)少，目前所见主要有：Vincent Wing Sun Tung、J. R. Brent Ritchie从基于心理学领域的研究，通过深度访谈，揭示了难忘体验的4个方面[29]。Roger C. Mannell、Seppo E. Iso-Ahola的研究认为，休闲和旅游者体验的心理益处就是逃离例行的和压抑的环境并寻求游憩机会[30]。Jafar Jafari主要讨论了一些旅游供给和旅游需求方面的组成要素以及旅游现象的一些特殊的要素[31]。

2.3 模型计算

为了研究层高对拟合结果的影响,对25、30层子结构模型分别进行计算,拟合结果分别为(图 5)。

将运算得到的Cf、q代入式(1),得不同刚度特征值下的层间位移角如见表1所示。表1中λ值取前文所述范围1.0～3.0,间隔0.1。为了方便观察,表1中计算数据为层间位移角的倒数,加粗的数据为该刚度特征值下层间位移角最大值。

综上所述，本文主要是在财务管理视角下进行高新企业税收筹划研究，旨在实现两者的共同发展，从财务管理角度出发，能保证企业税收筹划目标的合理制定，进而为企业战略目标的实现提供有效途径。要想做好财务管理视角下的税收筹划，本文提出灵活应用税法环境、高效处理会计工作等措施，可在这些措施有效实施下，实现高新企业税收筹划效果的提升，从而提高企业运营效益。

对模型试运行SATWE软件计算发现,此时轴压比刚好在限值附近,水平层间位移角刚刚超出规范要求的1/800的限值,框架部分在最优解附近,只需要适当补充剪力墙即可使计算结果满足规范要求。

框剪结构层间位移角限值为 1/800,当框剪结构为此值时,经济效果最优。根据表 1的结果,取层间位移角为1/835,此时对应的刚度特征值为1.6,因此,该20层模型的最优刚度特征值为1.6,发生最大位移角的楼层为13和14层。

 

表1 不同刚度特征值下结构的层间位移角

  

楼层号 层高/m x/H 1/y(ξ)λ=1.0 λ=1.1 λ=1.2 λ=1.3 λ=1.4 λ=1.5 λ=1.6 λ=1.7 λ=1.8 λ=1.9 λ=2.01 3 0.050 9765 8382 7320 6485 5813 5263 4806 4421 4091 380835602 3 0.100 5127 4408 3857 3423 3074 2789 2552 2352 2182 203519073 3 0.150 3594 3096 2713 2413 2171 1974 1810 1671 1553 145213634 3 0.200 2838 2449 2150 1916 1727 1573 1445 1338 1246 116710985 3 0.250 2395 2070 1821 1625 1468 1340 1233 1144 1068 1002 9456 3 0.300 2107 1824 1608 1438 1301 1190 1098 1020 954 898 8487 3 0.350 1910 1657 1463 1310 1188 1089 1007 938 879 828 7858 3 0.400 1770 1538 1360 1221 1110 1019 944 881 828 782 7429 3 0.450 1668 1452 1286 1157 1054 970 900 842 793 750 71410 3 0.500 1594 1390 1234 1112 1014 935 870 816 770 731 69711 3 0.550 1540 1345 1196 1080 988 913 851 800 756 719 68712 3 0.600 1501 1314 1171 1059 970 899 840 791 750 71568513 3 0.650 1475 1293 1154 1046 961 892 835 788 749 716 68714 3 0.700 1458 1280 1145 1040 957 890 835 790 753 721 69415 3 0.750 1449 1274 1142 1039 957 892 839 796 760 729 70416 3 0.800 1446 1273 1142 1041 961 898 846 804 769 740 71617 3 0.850 1446 1275 1146 1046 967 904 854 813 779 751 728

 

续表1

  

楼层号 层高/m x/H 18 3 0.900 1449 1279 1150 1051 973 911 862 822 789 762 74019 3 0.950 1452 1282 1154 1056 978 917 868 828 796 770 74820 3 1.000 1453 1284 1156 1057 980 919 870 831 799 773 7521/y(ξ)λ=2.1 λ=2.2 λ=2.3 λ=2.4 λ=2.5 λ=2.6 λ=2.7 λ=2.8 λ=2.9 λ=3.01 3 0.050 3343 3151 2979 2826 2687 2562 2448 2344 2248 21602 3 0.100 1794 1695 1606 1527 1455 1390 1331 1277 1227 11823 3 0.150 1286 1217 1156 1101 1051 1007 966 929 894 8634 3 0.200 1038 984 937 894 856 821 789 761 734 7105 3 0.250 895 851 811 776 744 716 689 665 644 6236 3 0.300 805 767 733 703 675 650 628 607 589 5717 3 0.350 746 712 682 655 631 609 589 571 555 5408 3 0.400 707 677 649 625 603 584 566 550 535 5219 3 0.450 682 654 629 607 587 569 553 538 525 51210 3 0.500 667 641 618 598 579 563 548 535 52251111 3 0.550 660 636614 595 579 563 550 537 526 51612 3 0.600 659 636 616 599 583 569 557 546 536 52613 3 0.650 663 642 623 607 593 580 569 559 550 54214 3 0.700 671 651 634 619 606 595 585 576 568 56115 3 0.750 682 664 648 635 623 613 604 597 590 58416 3 0.800 695 678 664 652 641 633 625 619 614 61017 3 0.850 709 693 680 669 660 653 647 642 638 63618 3 0.900 722 707 695 685 677 671 666 663 661 65919 3 0.950 731 717 705 696 690 684 681 678 677 67720 3 1.000 734 721 710 701 694 690 686 684 684 684

将最优特征值代回得Y向最优剪力墙刚度为108 kN·m2。

通过表 1数据也可求得各层最优抗侧刚度。如首层,最优刚度

越往上剪力墙最优刚度越小,所以应每 5层计算并调整一次剪力墙抗侧刚度,调整后的剪力墙抗侧刚度如表2所示。表 2中的剪力墙抗侧刚度为理想值,实际上受轴压比和梁跨度等因素的影响,剪力墙的刚度可能会有所不同,但在设计时可以参照这个刚度值布置剪力墙。

因为模型Y方向只有两跨,剪力墙又要布置在轴线处,所以对模型一层沿对称轴线的一段参照表2的值试布置1道剪力墙进行计算。得到一层的层间抗侧刚度为3.9×106 kN/m,比表2的最优层间位移角略大,对应的最大层间位移角为1/1325,满足规范要求。层间位移角没有低于限值过多,表明结构能够满足优化设计的要求,并有较好的经济性。

 

表2 各层最优抗侧刚度

  

层号 Δ u/h V/k N R J/10 4 (k N·m−1)1 4860 1690.20 270.785 1233 1352.18 55.5910 870 929.62 26.9715 839 507.07 14.1920 870 84.51 2.12

3 模型优化结果

在框剪结构工作体系中,框架部分在上部要分担剪力墙给予的水平力,剪力墙部分则在下部受到框架部分给予的剪力,两者协同工作水平力的分担可以通过协同工作微分方程来确定。根据上述原理及相关设计指导书给出的计算方法,在倒三角形分布荷载的作用下,层间位移角为

诚如吴重庆所言：“我们强调对事件过程和背景的深入体察，不仅从调查中发现问题，而且将问题置于调查的具体场景中展开，以保证理解的完整性，并防止以既有的理论解释代替对问题的思考。正是把问题置于完整而具体的事件之中，才有了以既有理论解释问题时所无法发现的灵感，研究也才有了进一步深入的希望。”[注]吴重庆：《农村研究与社会科学本土化》，《浙江学刊》2002年第3期。毕竟，村落民俗志书写不应成为罗列乡村琐事的拼盘，也不应满足于立此存照式的村落民俗画卷。笔者深信，就在众多村落所呈现的异同之间，蕴含着中国基层社会的真正奥秘，这应该成为当代村落民俗志书写努力的方向。

将20层结构模型中的λ值、层间位移角、x/H放入MATLAB软件中,用幂函数拟合得公式在λ = 1.6时再拟合各层层间位移角得(图 3)。

分析上述计算过程发现,该优化方法首先需要对结构在无剪力墙下进行试算,并且让大部分首层柱接近轴压比限值。通过此时的抗侧刚度得到 Cf值,同时由于风荷载的大小只与风力本身和建筑体型有关,可以通过试算结果进行简单运算得到风荷载集度q值。而计算方法中较难的就是在此之后需要通过Cf、q值计算最优刚度特征值。由于计算式(1)过于复杂,同时需要绘制表1,对平时结构设计来说不适合。下面对表1数据进行公式拟合。

  

图3 20层结构模型拟合结果

下面讨论20层模型的计算。对不加剪力墙的模型运行SATWE程序,查阅SATWE程序日志文件得到框剪结构中框架部分首层抗侧刚度为3.4 × 106 kN/m,2～20层为1.4 × 106 kN/m。总框架的等效抗侧刚度取各层的加权平均数: Cf = (3.4 × 106 +1.4 × 106 × 19)/60 = 3.78 × 105 kN/m。根据试算模型中风荷载倾覆弯矩可反算出风荷载倒三角形集度,即经SATWE试算发现,6度区地震作用产生的层间位移角远小于风荷载,因此作为验算数据即可。

  

图4 25层结构模型拟合结果

上述双层模型中，上层为为非线性优化模型，下层为二次规划问题，本模型引入大规模优化问题建模语言AMPL并调用IPOPT求解器来分别获取上下层问题的最优解。

  

图5 30层结构模型拟合结果

通过三个模型结果比对后发现,当x/H ＜ 0.3时,位移角以2倍的速度递增,但在x/H ＞ 0.3后即楼面高度超过建筑总高度30%时,层间位移角变化较小,最大位移角出现在建筑总高60%～70%的位置。所以可以近似的看成图6所示关系。

综上所述,剪力墙最优抗侧刚度特征值可用公式

 

进行近似计算,式中 n为楼层数。求得最优抗侧刚度后,直接根据图6中的关系算出各层的最优层间刚度,进行剪力墙的布置即可。

  

图6 最优刚度特征值下层间位移角与楼层高度的关系

4 算例

下面对图7所示办公楼实例按本文所述方法进行剪力墙优化计算。该办公楼为16层,层高3 m,抗震设防烈度为6,第一组,当地风荷载为0.4 kN/m2。其框架柱混凝土强度等级为C35,混凝土柱截面为650 mm× 650 mm,梁截面为 250 mm × 650 mm。

对于工业机器人面对柔性制造现场所呈现的定位漂移问题可以采用高精度外部观测设备对机器人的末端工具进行精确定位的方式，来展开对定位漂移的有效脚掌。如利用光学三坐标测量机，实现对机器人末端执行器位置在工作环节中出现的漂移的校对。当前主要采用的测量其主要有激光跟踪仪、IGPS等方式进行测量，采集到多维的数据信息，由此展开评估补偿。

  

图7 结构平面布置图

首先对结构去掉剪力墙进行试算,得框架部分抗侧刚度Cf为2.27 × 105 kN/m。再查询风荷载计算风荷载集度kN/m,由式(2)算得最优刚度特征值λ = 1.5。最后根据图6关系估算最优层间刚度为3.9 × 105 kN/m。

根据优化结果,该结构只需按图 8所示在中部配置剪力墙即可满足抗震、抗风要求。查看 PKPM最终计算结果发现其层间位移角为1/1287,满足规范要求。

  

图8 优化结构平面布置图

5 结论

本文利用 PKPM 建立的框剪结构模型,研究了剪力墙最优刚度特征值与建筑高度、剪力墙抗侧刚度之间的关系。通过反复调试及计算获得了剪力墙最优抗侧刚度特征值计算公式。该公式可以用来计算非抗震地区的矩形平面布置的框剪结构剪力墙部分最优刚度特征值,计算结果具有较高的精度,且计算简便具有较强的实操性。通过统计分析得到了剪力墙最优刚度特征值、楼层高度与层间位移角的本构关系。

参考文献:

[1]刘哲锋,苏志力,杨伟军. 框-剪结构剪力墙布置合理性判别的简化方法[J]. 建筑结构,2010,40(4): 103–106.

[2]刘伯权,潘元. 框架—抗震墙结构抗震墙抗弯刚度的优化研究[J]. 建筑科学与工程学报,2005(1): 55–57,63.

[3]黄世敏,魏琏,程绍革,等. 地震区框架-剪力墙结构最优剪力墙数量的研究[J]. 工程抗震,2003(1): 1–5.

[4]GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2010.

[5]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2010.

[6]GB50009-2012 建筑荷载规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2010.

[7]赖帅. 鹅羊山A5#栋结构方案优化对工程成本的影响分析[D]. 湘潭: 湘潭大学,2015.

[8]李松. 框剪结构优化设计研究[D]. 武汉: 武汉理工大学,2006.

[9]郭仁俊. 高层建筑框架一剪力墙结构设计[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2004.

[10]徐娜. 框架-剪力墙结构中剪力墙刚度的优化[D]. 南京: 南京理工大学,2005.