某高层商用写字楼建筑结构设计及信息技术在施工中应用——陆卫良.doc

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吉林大学远程教育2009届专科生毕业设计（论文）

摘 要

本文对当今高层住宅建筑所采用的结构形式，如：短肢剪力墙结构和异形柱框架结构进行讨论、分析，研究其受力特点，结构计算、构造要求等。
施工管理信息化是有效利用信息资源的需要，现代科技化的信息技术在施工企业当中起着至关重要作用，随着施工新技术的不断应用，建筑领域发展突飞猛进，传统的管理模式已经不适应现代企业。因此，利用计算机信息处理能力和网络传输数据的能力将企业在管理、工程、造价、成本、物资、计划、统计、技术、质量、安全、行政等方面的信息，经集成并综合处理为企业管理者所需要的信息，更利于进行实时管理、降低成本、保证质量、增强自身的竞争力，从而使企业达到“管理工作信息化、复杂工作简单化、发现问题及时化、成本核算科学化”的目的。
关键词：高层 异形柱 信息化 建筑

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目 录
（一）、高层写字楼建筑结构设计……………………………………………………1
一、异形柱结构的简介及特点………………………………………………………1
二、异形柱结构设计中需注意问题…………………………………………………2
1、 异形框架的计算…………………………………………………………………2
2、轴压比控制对框架结构……………………………………………………………2
3、配筋构造……………………………………………………………………………3
（二）信息技术在施工企业管理中的应用…………………………………………4
一、施工企业运用信息技术的现状…………………………………………………4
二、信息技术能够在施工管理的哪些方面发挥作用………………………………4
1、工程管理方面………………………………………………………………………5
2、办公自动化…………………………………………………………………………5
3、信息共享与运用……………………………………………………………………5
三、企业管理数字化…………………………………………………………………5
四、如何着手进行施工管理的信息化………………………………………………6
1、指导思想……………………………………………………………………………6
2、领导重视……………………………………………………………………………6
3、在用好单项程序的基础上进行统一规划，理顺业务流程………………………6
（三）、结语……………………………………………………………………………8
参考文献………………………………………………………………………………9
致谢…………………………………………………………………………………10

某高层写字楼建筑建构设计及
现代信息技术在建筑中的运用

（一）、高层写字楼建筑结构设计

由于城市用地量的不断增加，城市建筑用地变的越来越紧张。高层写字楼建筑的数量也如雨后春笋般快速的增加。近年来随着人们对住宅，特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露柱露梁、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是经过不断的实践和改进，以剪力墙为基础，并吸取框架的优点，逐步发展而形成一种能较好适应人们新的住宅观念的高层住宅结构型式：“异形柱框架结构”型式。这种新的结构由于在很大程度克服了普通框架与普通剪力墙结构的缺点，得到了建筑师、房屋开发商、住户的肯定，由于这种用于高层住宅结构型式与其他的结构形式在受力特点、结构分析及构造要求有所区别。
一、异形柱结构的简介及特点
异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2～4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有”L--型、”Ttt型、”十”字型。异形柱结构建筑在七度区的最大适用高度为45m。
这种结构的特点是：
1、由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异：
2、 对于长柱(H／h>4)可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱 (H／h<4)，剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，即使发生延性的弯曲形破坏，也因截面曲率M／EI或￡cu／x(￡CU为砼的极限压应变，X为截面受压区高度)较小，使弯曲变形性能有限，延性较差；
3、异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；
4、特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析闭，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比(剪跨比)，配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。
二、异形柱结构设计中需注意问题
在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置要求外，还应注意几个方面的问题：
1、 异形框架的计算
由于其截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框一剪，框一筒结构中，对6度及其以下烈度区的I、II类场地，框架柱只承担水平风载的--／J＼部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴方向，则翘曲应力不容忽视，按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。现在有一些软件没有异形柱截面形式，如要用它进行计算，要先进行等刚度等面积换算成矩形柱，进行整体分析，得到双向内力后再进行异形柱的截面设计，其工作量相当大，且截面设计的可靠性不高。目前，国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异形柱结构配筋计算程序CRSC。这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。
2、轴压比控制对框架结构
框一剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析网，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影 响至关重要，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。在广东规程中，其轴压比按砼设计规范中的要求减少0．05，但其适用高度较低，一般为35m。当高层建筑的高度进一步加大时，其水平力的影响会愈来愈显著，对结构的延性要求也愈高。由天津大学土木系对异形柱延性资料可知，影响异形柱延性的因素比普通柱要复杂，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平侧移下，其延性性能也有较大差异，因而，轴压比控制应参考天津规程。但天津规程的控制过于繁琐，在结构计算中，柱的纵筋与箍面的直径还没有设定，因而箍筋间距与纵筋直径的比值还无法确定。为在实际工作中便于使用，可按不同的截面形式(L、T、十字型)与不同的抗震等级两项指标从严控制， 对低烈度地区的这类结构是能够满足其延性要求的。
3、配筋构造
在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2 14的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢的混凝土裂缝的开展，提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束砼变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，因而箍筋且用 8、 l0，其间距可比普通柱箍筋间距小。总之，短肢剪力墙结构与异形柱框架结构有着较大的市场需求，在设计中根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。

（二）信息技术在施工企业管理中的应用

当今时代被称为信息时代，信息技术（这里说的信息技术是指计算机的运用）在各行各业得到了广泛的应用。建筑工程施工作为一个复杂的系统，很多工作靠人工来完成是很困难的，或者说用人工来做效率并不高，按理说有这样的需求，信息技术在施工中的应用应该发展得很充分了，但就国内施工企业对信息技术的运用来说，还是停留在一个很低的水平。
一、施工企业运用信息技术的现状
我国从工业发达国家引进项目管理的概念、理论、组织、方法和手段，历时20年左右，取得了不少成绩。但是，应认识到，在项目管理中最薄弱的工作环节是信息管理。至今多数业主方和施工方的信息管理还相当落后，其落后表现在对信息管理的理解，以及信息管理的组织、方法和手段基本上还停留在传统的方式和模式上。
很多企业对信息技术的运用还停留在上世纪70年代的程度，即仅仅是单项程序的应用，完全没有形成一个系统，信息化的优势并没有得到体现。而信息化的优势则在于信息的集成和共享。
现在很多企业在硬件上应该说有了一定的基础，大家也都在用电脑办公，很多还组建了局域网络，使用软件替代了很多原来手工操作的工作，但是效率并没有得到提高，就比如说作个报表之类的，似乎用电脑做只是为了美观，有的人是把各种数据都算好了再一个个录入电脑，感觉上用电脑反而效率更低了，殊不知作表格的Excel软件本身具有极强大的计算功能、数据库功能，而且还能进行判断、分类汇总、排序、形成图表等。这还只是对单项程序运用的不到位，至于各部门之间的集成共享那就更谈不上了。
二、信息技术能够在施工管理的哪些方面发挥作用
良好的项目管理必须具备以下三个因素：一、对项目的认知：通过信息系统的实施，将项目进行工作分解、流程重组，使项目结构更加清晰、重点更加突出，有利于对项目的整体认知和把握；二、为项目提供良好的协同环境：通过对任务的分解和落实，各部门、各参与方对自身的职能以及在整个项目中的位置都有清晰的认识，有利于分工合作；三、进行有效的控制：信息系统的最大优点是资源共享和反馈及时，有利于实施有效控制。具体来说，信息技术在以下方面大有可为：
1、工程管理方面
1）、投标：工程量计算、投标标书制作。
2）、施工组织：施工平面图；网络计划(占有丰富的，准确的信息，先进的分析方法，是决策、计划的前提。现在的网络计划，往往只是一个粗线条，编的时候也不是通过很准确的计算，都是凭经验，过程控制也是针对几个大的节点，甚至于其是否科学也不得而知，相应的资源计划也是一本糊涂帐)；钢筋翻样；模板及脚手设计、计算及配置；深基坑围护方案、设计、计算等。
3）、控制：预决算、成本控制；财务管理；质量安全管理；施工现场监控；统计报表等。
4）、资源管理：人力资源、材料、机具管理；合同管理；图纸管理。
2、办公自动化
财务、统计、报表、文字处理、档案管理，办公信息资料管理、人事管理 ，固定资产、决策等。包括：信息传递、电子邮件、公文流转、工作日程安排、协同办公、工作流程自动化等。
3、信息共享与运用
包括：市场信息、项目信息、设备信息、竞争信息；
知识积累：一个系统要能够长期发展，持续进步，关键在于要变人治为法制，人治就是一个系统本身没有生命力，离开了领导就不能正常运行，好的系统就是领导并不需要事必躬亲，领导离开了，还能按照某种规则运行，这个规则就是法，就是制度，就是一代代领导不断充实完善的运行机制。好的系统是一个学习型的系统，每一代领导科学的经验方法都能够积累下来，而不是换个领导一切又重新开始。这中间传承的就是一种企业文化，就是企业的核心竞争力，这些东西都是以信息的方式存在，这才是信息技术最根本的应用。
三、企业管理数字化
就是利用计算机信息处理能力和网络传输数据的能力将企业在管理、工程、造价、成本、物资、计划、统计、技术、质量、安全、行政等方面的信息，经集成并综合处理为企业管理者所需要的信息，如：施工进度、物资供应、成本核算等，以利于进行实时管理、降低成本、保证质量、增强自身的竞争力。 各子系统间密切协作，使各个业务部门都能及时、准确地查阅所需的相关信息，从而使企业达到“管理工作信息化、复杂工作简单化、发现问题及时化、成本核算科学化”的目的。
四、如何着手进行施工管理的信息化
1、指导思想
信息化是一个渐进的过程，不能贪大求全、照抄照搬，而应结合企业实际逐步完善。比如ERP（企业资源计划系统-Enterprise Resource Planning）、MIS(管理信息系统-Management Information System)这些大型的系统，好当然是好，但其投入同时也是巨大的，实施起来比较困难，最好是立足现有的资源，通过一些局部的改进，积累经验，逐步完善。
第一步是意识的转变，要通过宣传、培训树立信息化的观念，因为信息化是一个全员参与的过程，需要各方面的协调配合。所以在这方面形成共识是顺利实施的前提。
现有资源包括：硬件，软件，人员。关键是把这些资源的优化组合，进行业务流程的系统设计，使信息的收集有的放矢，使信息的查询有迹可寻。
2、领导重视
信息化是一个长期的系统工程。需要投入一定的人力、物力、财力；需要协调各方面的关系，理顺业务流程；短期内不可能做到很完善，也不能达到立竿见影的效果。这一切，都需要有领导的重视才有可能坚持下去。
3、在用好单项程序的基础上进行统一规划，理顺业务流程
这其中有个重要的思路，那就是数学中的反向推导，也就是我们希望得到什么结果，就反向去寻找需要什么样的条件。
以投标过程为例来说明如何运用信息技术来提高效率：
（1）、拿到图纸以后，要进行工程量计算。
a涉及软件：工程量计算软件、钢筋计算软件；
b输出：工程量（可以导出为Excel表格，也可以导出定额数据库，直接为套价软件运用）。
（2）、套价。
a涉及软件：如PKPM清单计价、广联达清单计价系统；
b需要数据：①工程量。②材料价格→材料价格信息库（企业自建或参考信息价）、市场询价→供应商目录。③企业定额（人工、材料的实际消耗水平和先进水平；措施项目的实际消耗；各类型工程造价的参考数据）。
c输出：工程造价,包括人工、材料等各项资源的用量（可输出定额或清单表格、Excel表格）。
（3）、商务标。
a涉及软件：专业标书制作软件或Word。
b需要数据：工程造价（企业实际消耗）、证照及业绩资料、近三年财务报表、类似工程合同。
（4）、技术标。
a涉及软件：专业标书制作软件或Word、专业平面图制作软件或AutoCAD、项目管理软件P3或Project。
b需要数据：工程量及资源需要量（用于排定进度计划）、人力资源数据（项目经理简历、各类管理人员简历）、工程信息数据（在手及已完工程数据）、施工机具数据（设备型号、产地、功率等）。
c输出：场地布置、设备选型、进度计划、施工方法等（而这些选择反过来又会对造价产生影响）。
从上现的分析可以看出：任何一项工作都不是孤立的，其输入和输出都与其他工作息息相关。而信息化的意义，就在于使各项工作的信息传递更为顺畅；使各项工作中产生的信息能够存储下来，在以后的工作中随时调用。
下面用一个简单的图来表述各部门的信息流动（见图一）：

通过这样的需求分析和反向推导，我们就可以明确哪些是有用的信息，明确需要哪些软件，明确各部门需要收集哪些数据。据此对项目的业务流程进行重组，设计出一套系统的表格分发到各相关部门，用以收集日常工作中有用的数据，然后这些数据以电子文档的方式进行传递和存储共享，最后这些汇总到决策者那里，为管理和决策提供科学的依据。
（5）持续改进
数据要有效并且可以作为预测的依据，就必须不间断的收集并且积累到一定数量以后才具有参考性和代表性。系统的建立也不是一朝一夕的事，需要在实施过程中不断发现问题、解决问题才能不断完善。
实际上，企业所实施的三标一体化已经为信息化搭建了一个良好的平台，这就是标准，标准化的工作过程、标准化的表格。所以信息化也不是很神秘的事情，需要每个部门作好日常的基础工作，一点一滴的收集数据最终积累成企业的一笔巨大的无形资产。

（三）、结语

综上所述：随着企业之间竞争的加剧，施工企业亟需利用信息技术来加强科学管理，降低成本，提高效益，提升企业综合竞争力。而且信息技术的运用也不是高深莫测，利用好现有的资源通过一定的组织便能取得较好的效果。所以说，信息技术在施工中的运用必须进行而且是可行的。

参考文献
[1] 刘大海，杨翠如，钟锡根．高楼结构方案优选[M]．西安：陕西科学技术出版社，1992．87—199．
[2] 龚思礼．建筑抗震设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1994．279—467．
[3] 本格尼 ·s·塔拉纳特．高层建筑钢、混凝土组合结构设计EM]．罗福午，方鄂华，王娴明，等译．北京：中国建筑工业出版社， 1999．309—335．

致 谢
本论文是在 老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他渊博的专业知识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，深深地感染和激励着我。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。从课题的选择到项目的最终完成，每一步都是在导师的指导下完成的， 老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向刘老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

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