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随着高层建筑设计理论的发展,如何合理地确定框架—剪力墙结构中的剪力墙刚度一直是国内外学者研究的课题。国内一般是采用凭设计经验先设计后验算的方法。这样需经过反复繁冗的计算才能达到目的,且设计方案的优劣很大程度上取决于设计者的技能;有的学者也提出了确定剪力墙合理数量的方法,如基于最优设防烈度的优化设计以及基于最小地震作用的优化设计,这样得到的所需剪力墙数量往往不是省的。日本是在地震灾害宏观调查的基础上,提出了以每平方米建筑面积上的剪力墙长度或面积作为配置高层房屋不致破坏所需剪力墙数量的下限指标。由于这个方法也没有考虑到剪力墙刚度与地震作用之间的内在联系,难以从根本上解决间题。 在地震区,如果剪力墙的刚度选择过小,就不能达到抵抗水平地震作用的目的,如果增大剪力墙的刚度,房屋的自振周期减少,地震作用就可能相应加大。所以这里存在着剪力墙刚度如何取值的问题。如果能满足规范关于位移的限值和构件的延性等等,同时使剪力墙的刚度和数量最小,那么这时剪力墙的刚度就是最优值。 本文着重探讨基于位移的框剪结构的优化设计。首先总结了前人所做一些实验的成果,得出了抗震结构设计时要有效的控制层间变形和总变形的结论,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。 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。本文第三章对框剪结构的协同工作进行了分析得出内力和位移的表达式,并提出一种求解结构最佳刚度特征值的方法。第四章基于结构顶点位移限值推导出剪力墙最佳刚度的表达式。最后以一幢12层的框剪结构作为算例,用本文的方法进行优化,通过电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。