基于抗震性能的高层住宅剪力墙结构的优化设计研究

摘要

我国的经济与技术正处于飞速发展的阶段，随着城市化建设的不断推进，高层建筑层出不穷，尤其是高层住宅已成为一种潮流趋势，因剪力墙结构属于高层建筑的一种主要的结构形式，所以它被广泛用于现代高层住宅领域。由于高层剪力墙结构高度较高，施工周期较长，故其资金成本投入也较多，且其对抗震等各项性能的要求较高，所以大多结构设计师在对剪力墙结构进行设计时，为保证结构的安全性或者为了省时赶工程进度等等一些原因，采取了相对较为保守的设计原则，即只追求各项指标满足相关规范要求即可，单凭个人以往的设计经验来达到满足结构安全性的要求，而未对剪力墙结构进行彻底深入的分析，这样的结果就是剪力墙布置过多，刚度过大，结构的侧移虽然小了，但是结构吸收的地震力也会较大，这样设计的结果不安全，材料性能未尽其用，同时也会提高结构的工程造价，所以合理布置剪力墙，即对剪力墙结构进行优化设计的意义十分重大。
　　在对剪力墙结构和优化设计的理论进行学习和一定研究之后，本文主要开展了以下主要内容:
　　(1)本文以荥阳市的某高层住宅剪力墙结构为研究对象，对其进行数值模拟，以其结构施工图为依据，在满足规范要求的前提下，对原结构模型的剪力墙数量及部分墙肢长度进行优化，得到另外两种方案模型，然后利用高层建筑结构有限元分析软件ETABS和PKPM对三种方案模型进行建模、分析与计算。
　　(2)通过两种软件分别运用振型分解反应谱法对该工程实例进行分析计算，得到结构的各项抗震性能数据，结构的自振周期，层间位移角，楼层剪力与弯矩，刚度比等，通过对比分析三种方案以上的各项参数可知，优化后的方案在同样满足规范要求的前提下，周期变大，层间位移角普遍增大，同时结构内力减小，表明结构刚度减小，材料得到充分利用，抗震性能得到改善，同时也节约了一定的成本。
　　(3)将ETABS与PKPM中SATWE的分析结果进行对比分析，指出两者的共同点与差异，发现两者之间存在误差，但是均在合理的范围之内，因此可以将SATWE分析的结果用来印证ETABS软件分析结果的正确性与合理性。在对结构进行优化设计的过程中，结合两种软件的分析结果，总结一些相关的规律并找出起关键作用的控制因素，为之后的一些相类似的结构工程的优化设计提供一些合理性的参考建议。
　　(4)文章最后对优化前后的的方案一与方案三的材料用量进行了统计，并作对比分析，剪力墙数量的减少和墙肢长度的削减使得结构成本节约了4.9％，经济性得到了显著改善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 结构优化设计的发展

1．2．2 剪力墙结构优化设计的研究现状

1．3 主要研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第2章 剪力墙结构的特点及优化原则

2．1 剪力墙的分类和力学性能

2．1．1 按洞口大小分类

2．1．2 按墙肢截面长宽比

2．1．3 按墙肢截面形状

2．2 剪力墙结构的布置原则

2．3 剪力墙结构优化设计概述

2．3．1 剪力墙结构优化设计的原则

2．3．2 剪力墙结构优化设计的方法

2．4 本章小结

第3章 工程概况及模型的建立

3．1 有限元分析软件的介绍

3．2 工程概况及特点

3．2．1 设计依据

3．2．2 设计数据

3．2．3 结构布置

3．3 剪力墙优化布置的方案

3．4 模型建立及相关参数选取

3．5 本章小结

第4章 基于ETABS的剪力墙结构的优化及抗震性能分析

4．1 结构动力特性对比分析

4．2 结构变形特性对比分析

4．3 结构内力特性对比分析

4．3．1 层间内力

4．3．2 刚度比

4．4 本章小结

第5章 ETABS与SATWE控制指标的对比分析

5．1 SATWE模型的建立

5．2 ETABS与SATWE控制指标的对比

5．2．1 周期及周期比

5．2．2 层间位移和最大层间位移角

5．2．3 层间内力

5．2．4 刚度比

5．3 本章小结

第6章 剪力墙结构优化设计的经济性分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果