住宅钢筋混凝土剪力墙结构的优化设计研究

摘要

近年来，随着城市化进程的加快和土地资源的紧缺，剪力墙结构成为目前高层住宅结构的主流。剪力墙结构由于其空间整体性好，抗侧刚度大，抗震性能优越等优点而被广泛的应用于住宅建筑中。高层剪力墙结构住宅投资大，施工周期长，在设计过程中，很多设计师只是一味的满足规范的要求，对于结构的刚度控制不是非常的合理。所以对高层住宅剪力墙结构进行优化设计具有重要的现实意义。
　　由底部剪力法可知对于高层剪力墙结构，各层所分配的水平作用力沿着层数自下而上逐渐减小，那么需要的抗侧力构件也会减少。构件减少又可以减轻建筑的重力荷载代表值从而降低建筑的地震水平作用。如此不仅可以改善结构的抗震特性又可以节约材料从而节约造价。因此对剪力墙结构进行这方面的优化研究具有较高的实际应用价值。
　　本文以剪力墙结构住宅为研究对象，依据按结构构件沿层数自下而上减小截面尺寸并符合相关规范为原则进行优化设计，利用STAWE软件，以某一已设计完成的高层住宅剪力墙结构为算例，对该结构按以上原则进行优化设计，主要做了以下工作:
　　依据结构构件沿层数自下而上减小截面尺寸并符合相关规范为原则对结构分别进行自下而上减小剪力墙墙肢长度、自下而上减小剪力墙墙厚、自下而上减少剪力墙墙肢的优化设计，利用我国常用的设计软件STAWE进行计算，对比优化前后结构的动力特性、变形特性、内力特性。
　　利用有限元分析软件PUSH&EPDA从静力弹塑性分析方面对原结构和自下而上减小剪力墙墙肢长度结构进行罕遇地震下的静力弹塑性分析，从需求层间位移角、性能点对应的位移、位移角、剪应变以及结构杆端塑性状态等方面进行分析对比。
　　优化前后模型的钢筋用量和混凝土用量的经济性分析及对结构优化措施提出一些建议。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 结构优化相关概念及基本理论

1．2．1 结构优化的概念

1．2．2 结构优化的发展

1．2．3 结构优化的层次

1．2．4 结构优化设计的求解方法

1．3 论文研究的意义和主要内容

1．3．1 论文研究的意义

1．3．2 论文的主要内容

第二章 剪力墙结构及相关问题

2．1 剪力墙结构介绍

2．2 剪力墙分类及划分标准

2．2．1 剪力墙分类

2．2．2 剪力墙的划分标准

2．3 剪力墙的内力和位移计算

2．3．1 整截面剪力墙的内力和位移计算

2．3．2 整体小开口墙的内力及位移计算

2．3．3 双肢墙的内力及位移计算

2．3．4 壁式框架的内力及位移计算

2．4 本章小结

第三章 剪力墙结构优化与分析

3．1 剪力墙结构优化设计的基本原则

3．2 剪力墙结构的性能指标

3．2．1 结构的动力特性

3．2．2 结构的变形特性

3．2．3 结构内力特性

3．3 工程概况

3．3．1 设计依据

3．3．2 设计参数

3．3．3 结构布置

3．4 有限元程序和设计参数的选取

3．4．1 有限元程序的选取

3．4．2 模型设计参数的选取

3．5 四种供对比的模型

3．5．1 模型一——优化前的方案模型

3．5．2 模型二——自下而上减小剪力墙墙肢长度模型的建立

3．5．3 模型三——自下而上减小剪力墙厚度模型的建立

3．5．4 模型四——自下而上去剪力墙墙肢模型的建立

3．6 优化前后结构性能对比

3．6．1 动力特性分析

3．6．2 变形特性分析

3．6．3 内力特性分析

3．7 本章小结

第四章 结构优化的静力弹塑性分析

4．1 静力弹塑性分析方法概述

4．1．1 基本原理

4．1．2 水平加载模式及国内外规范选用建议

4．1．3 Pushover方法的适用范围

4．2 静力弹塑性分析方法在EPDA／PUSH中的实现

4．2．1 有限元分析软件EPDA／PUSH的介绍

4．2．2 不考虑剪切变形的弹塑性梁元

4．2．3 带洞口的四边形弹塑性墙元

4．2．4 混凝土及钢筋的应力-应变曲线

4．2．5 非线性方程组求解算法

4．3 优化前后静力弹塑性分析结果对比与分析

4．3．1 弹塑性空间模型的建立

4．3．2 计算结构参数

4．3．3 模型一静力弹塑性分析结果

4．3．4 模型二静力弹塑性分析结果与分析

4．4 本章小结

第五章 剪力墙结构优化的经济性分析

5．1 房地产企业结构成本控制的方法

5．2 结构优化的经济性分析

5．3 结构经济性优化措施

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况