水平地震作用下框架剪力墙结构优化探究

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1、水平地震作用下框架剪力墙结构优化探究　　摘要：本文首先对框架剪力墙结构变形及受力特点进行分析，对模型建立和假定条件进行探讨，从几个方面对框架剪力墙结构进行优化计算，最终得出优化体系结构。关键词：水平地震；框架；剪力墙；结构优化；计算中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号：1、引言在高层建筑结构设计环节，一方面要确保结构承载力和对结构的侧移量进行控制；另一方面，还需要对结构合理化设计和概念理念进行充分应用。普通的框架建立墙结构兼具框架和剪力墙，如果在结构设计的科学合理的前提下，可以发挥出这两个方面的优点，并对其约点进行约束，确保结构能够符合相关设计规范，

2、具有比较大的整体抗侧刚度和侧向变形能力，同时介于剪切变和弯曲变形之间，使得层间相对位移变化的平缓，平面布置能够获得比较大的空间，这两种结构共同形成了抗震的两道有力防线，因此而成为高层建筑常用结构形式。本文主要对水平地震作用下框架剪力墙结构的优化进行研究，不足之处，敬请指正。2、框架剪力墙结构变形及受力特点图1框架剪力墙结构变形特点8图2框架剪力墙的受力特点a为外荷载；b为框架剪力墙总剪力；c为剪力墙的剪力；d为框架的剪力；λ为框架剪力墙结构的刚度特征值。本文对常见的框架剪力墙的变形特点进行分析，在收到外部荷载作用的条件下，其变形和受力特点如图1和图2。对框架剪

3、力墙结构变形特点图进行分析得知，框架结构在水平力的作用下，框架和剪力墙是配合工作，在下部楼层由于剪力墙位移量较小，剪力墙拉着框架一起变形，使得剪力墙承担了较大剪力，上部楼层则恰恰相反，剪力墙的位移量则变大，框架的变形量则变小。因此，可以说明的是，框架除了在承担一定程度的水平力作用下的剪力之外，还要承担拉回剪力墙变形附加剪力。所以说，中上部楼层即便是水平力导致的楼层剪力不大，框架中仍然存在一定数值的剪力。3、模型建立和假定条件8现阶段，对水平地震作用下框架剪力墙结构的计算主要有两类方法，一类是将水平地震作用等效为静力荷载，仅仅考虑框架和剪力墙之间的作用，并建立微

4、分方程，以确定其优化解。另一类是将水平地震作用当做是动力荷载，目的是便于进行分析，往往按照高层框架剪力墙的结构的变形特点（如图1），将框架剪力墙结构当作是层剪切模型，或者是悬臂梁模型，并建立运动控制方程，求得优化解。本文中对水平地震作用下框架剪力墙结构的优化研究，是结合两种方法，并建立高层框架剪力墙结构的动力分析模型，进行优化求解。按照框架剪力墙结构部分和剪力墙结构部分之间存在相互作用的特点，建立相关模型，将框架机构部分和剪力墙结构的影响，按照一定的边界条件，引入计算，并推到出相关方程和条件，以便进行求解，以此得出水平地震作用下框架剪力墙结构的优化模型。图3高

5、层框架剪力墙的动力模型8一般而言，在水平地震作用下，可以将高层每层剪力墙质量当做是分布参数，其惯性力仅仅和质量有关，剪力墙的分布惯性力分布在每层的剪力墙上，将质量当做是集中参数，因此作了以下几个假定条件：（1）楼盖的刚度无限大，平面外刚度是0；抗侧力单元在水平方向不会发生变形。（2）在水平地震作用下，房屋没有绕竖轴的扭转。（3）抗震墙仅仅对弯曲变形量进行考虑，框架仅仅对剪切变形进行考虑。因此，剪力墙合并为总剪力墙，抗弯刚度为总和；框架合并为总框架，抗剪刚度为总和；在剪力墙和框架之间进行连接处为无轴向变形的连；然而工程设计时，进行弱相连的设置，连梁的截面尺寸不大

6、，导致约束作用比较差，可以忽略不计，对墙肢没有约束效果，可以假设为联系梁两端和总剪力墙和总框架之间的连接形式为铰接。按照以上分析，得到高层框架剪力墙结构的动力分析模型图，如图3。4、优化计算4.1等效地震作用计算按照底部弯矩相同的原则，可以把作用在第i层的楼面处的水平地震作用力F，折算成倒三角形等效地震作用q，如图4。对水平地震作用下第i层楼面水平地震作用F可以用1-（1）式进行表示，然后代入值并进行计算。公式1—（1）式中：是结构总水平地震作用标准值；G为集中在质点的重力荷载代表值；H为质点的计算高度，也就是距离地面的高度；n为结构总层数；图4水平地震作用图

7、4.2下部框架剪力墙的侧移计算本文把上部框架和下部框架剪力墙当做是上部纯框架和下部框架剪力墙，按照子结构进行求解计算，在进行下部框架剪力墙结构侧移计算时，可以把上部框架和框架剪力墙结构顶部当做是固定端连接方式。首先把上部框架剪力墙的部分高为，上部纯框架部分高位，底部荷载值为q，按照几何关系，可以得到下部框架剪力墙的侧移量，可以用公式1-（2）进行表示。81-（2）4.3上部框架侧移计算上部框架结构的侧移计算包括三个部分组成，其中有下部框架剪力墙结构顶点侧移、框架剪力墙结构顶部框架横梁的转角使得上部框架所产生位移、上部框架本身绕度。因此要求底部框架剪力墙结构的顶

8、点转角，本文将其位移进行求导，当做是ζ