框架—剪力墙结构的优化研究

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高层建筑投资大,建设周期长,对其进行优化设计以期获得最优结构方案并节约投资,一直是结构工程师所努力的。本文针对高层建筑结构中常见的框剪结构的优化做了深入的研究,为结构设计人员在设计时提供了有价值的参考,对结构优化设计具有很好的工程应用价值。  本文着重探讨基于位移的框剪结构的优化设计。在总结了前人所做实验成果的基础上,得出了抗震结构设计时要有效的控制层间位移和顶层位移的结论,选择变形作为描述抗震结构的性能参数不仅可以较好的体现结构构件的损伤程度,而且能够用以控制非结构构件的性能水平。在结构的梁柱的截面大小、框架的剪切刚度基本确定的情况下,剪力墙的刚度由结构的刚度特征值确定。本文根据框剪结构的协同工作原理,通过引用前人总结的关于内力和位移的表达式,提出一种求解结构最佳刚度特征值的方法。然后基于结构顶点位移限值,建立了剪力墙数量优化数学模型,推导出剪力墙最佳刚度的表达式,并结合工程实例,用上述方法对剪力墙进行刚度优化,并选取3种剪力墙模型,用PKPM中的SATWE软件进行比较计算,验证了此优化方法能比较合理地确定剪力墙的刚度和数量。  从不同部位中断剪力墙,会对框剪结构产生截然不同的效果。本文从理论上探讨了剪力墙中断对框剪结构的影响,并结合实际工程,利用大型有限元软件ETABS建立了三维模型,通过对3种模型的计算结果进行分析对比,表明从反弯点中断剪力墙往往是不够安全的,而从剪力墙剪力为零点以上中断则不会对原结构产生明显影响,且能减小结构顶部水平位移及层间位移角,有效地降低结构整体剪力和弯矩,提高结构的整体刚度。
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