钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究

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1、第1章概述经设计好的一个项目，发现不合理的因素，进行修改和调整，这就是结构设计的优化。(4)我国目前需要兴建大量高层建筑。框架一剪力墙结构以其良好的受力性和适用性在现代高层建筑领域中应用非常广泛。但对于剪力墙的合理布置，包括数量、位置等，<高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3-2002)(以下简称“高规")没有一个明确的规定，剪力墙具体的布置与截面设计往往由结构工程师根据以往的经验来完成的。所以在没有一个明确的最优化设计方法情况下，工程师出于结构安全、方便设计、缩短设计周期等考虑而把结构设计得偏于保守，一定程度上没有充分发挥材料的性能，造成了一定的

2、浪费。因此深入开展剪力墙结构的优化研究具有一定的工程意义。1．3研究的目的和意义1．3．1研究目的伴随着高层建筑的迅猛增加，对框架一剪力墙结构的合理选型和优化布置，对于节约建设成本具有指导性意义。早期由于研究不够深入，力学性能了解不够深刻，以至于对剪力墙的布置不能做出一个合理经济的方案。为了保证结构的安全性，设计人员往往需要采用较为保守的方法调整计算结果，并采用加强的构造措施．这样处理既不经济也不一定能真正保证安全。因此，近年来工程界对高层剪力墙的优化布置给予了更多的关注，而且也取得了一定的进展。目前“高规一对高层建筑的结构选型尤其是合理布置尚未做出

3、一个明确的具体的规定。所以，结合实际的工程背景，对高层剪力墙结构的优化布置进行研究很有必要。1．3．2研究意义(1)优化的发展和普及可以节约大量的物资和能源，减少垃圾的产生，缓解环境的污染程度，利于社会和经济的可持续发展，对维护下一代的权益具有非常深远的现实意义。(2)对结构自身的发展而言，也起着推动作用。4第1章概述1)促进新材料的应用：如早期的高层建筑使用石头木材，采用笨重承重墙体系。1891年美国芝加哥建成了一座16层的Monadnock大楼，底部几层砖墙厚达2．oⅡI。后来开始大量使用钢材，建筑开始向更高空间发展。2)促进新的结构体系的出现：

4、早期的框架结构向高空发展，构件具有较大截面，很不经济。为了充分利用材料，把柱子改为剪力墙，形成剪力墙结构体系，框架一剪力墙结构体系；对于更高的建筑，可以把剪力墙首尾连接，形成一个封闭的简体结构体系，相当于把材料均匀分布在周围，保证了较大的水平方向的抵抗矩，又合理的利用了材料。3)促进了结构理论的发展：新结构体系的出现使得建筑结构学理论由一维的平面结构理论发展为二维或三维的立体结构理论和空间结构理论，从而更加合理地确定结构的受力性能和构件截面。可以说，优化思想和实践带动了建筑材料的转交，推动了设计理论及方法的发展，使新的结构类型和结构体系产生，其理论意

5、义和应用价值都是无法估量的。(3)对于优化理论而言，正如上面已经提到过的，它也极可能推动优化设计的发展。有助于工程设计人员加深对理论的理解和掌握，反过来也可以促进优化理论的丰富和完善。并且把不断积累优化设计中的建构数学模型的经验，为删除一些不必要的约束条件，简化优化模型提供有力的实际根据。1．4文献综述1．4．1高层建筑结构体系设计现状随着社会的进步和人类的需要，建筑结构不断向高空发展，并且出现了许多高层建筑结构体系，如框架、剪力墙、框架一剪力墙、筒体等结构体系。(1)高层建筑结构分析的基本假定高层建筑结构分析一般采用的基本假定有：1)计算图形的假定

6、：高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：①一维协同分析，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构5第1章概述件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，建立基本方程。在扭矩作用下，则假定同层楼板上各抗侧力构件转角相等；②二维协同分析，仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算：扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度协It,e(当考

7、虑楼板翘曲是有四个自由度)，楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定；③三维空间分析，考虑抗侧力构件的公共节点在楼面外的位移协调(竖向位移和转角的协调)，分析中的普通杆单元每一个节点具有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。2)刚性楼板假定：假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计．这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法．一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的．但是对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形比较显

8、著，楼板刚度无限大的假定不适用。3)弹性状态假定：目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法．