基于性能的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在多高層建筑中的應(yīng)用非常廣泛。針對(duì)框架.剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，但是這些研究多數(shù)是基于顯式求解，并且多數(shù)采用簡(jiǎn)化的串聯(lián)多質(zhì)點(diǎn)分析模型，在求解精度和反映結(jié)構(gòu)空間特性方面均存在一定的不足。此外，目前阻尼器和剪力墻的設(shè)置數(shù)量和位置一般是根據(jù)設(shè)計(jì)者的工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合試算來(lái)確定的，存在一定的不確定性，本文基于參數(shù)化的有限元法探討了不同性能要求下高層框.剪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，將以期獲得一種概念

2、清晰、目標(biāo)明確、計(jì)算準(zhǔn)確的分析結(jié)果。 本文以一典型的15層框架，剪力墻結(jié)構(gòu)為例，基于振型分解反應(yīng)譜理論，采用ANSYS優(yōu)化模塊中的零階算法對(duì)高層框-剪結(jié)構(gòu)在地震作用下的剪力墻數(shù)量進(jìn)行了優(yōu)化分析。通過(guò)結(jié)果分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)地條件相同的條件下，設(shè)防烈度增加一度，雖然地震作用增加一倍，但為達(dá)到規(guī)定的層間側(cè)移控制要求，所需的剪力墻數(shù)量并非增加一倍，而是更多。這是因?yàn)榧袅υ黾雍?，結(jié)構(gòu)剛度增大，自振周期減小，地震影響系數(shù)卻又隨自振周期

3、的減少而增加，所以設(shè)防烈度與所需的剪力墻合理數(shù)量不是成線性關(guān)系。只有當(dāng)剪力墻數(shù)量為定值時(shí)，地震作用增加一倍，結(jié)構(gòu)在彈性范圍內(nèi)的地震反應(yīng)才成倍增加。 在上述優(yōu)化分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了不同結(jié)構(gòu)性能水平要求所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)剪力墻剛度。運(yùn)用不同的位移性能指標(biāo)，采用零階優(yōu)化算法得到了各性能水平下的最優(yōu)剪力墻數(shù)量。運(yùn)用ANSYS中的APDL語(yǔ)言，將不同參數(shù)和性能指標(biāo)下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不同數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化求解問(wèn)題，最終得到了不同設(shè)防烈度、不

4、同場(chǎng)地條件、不同性能指標(biāo)下的最優(yōu)剪力墻數(shù)量。由于當(dāng)采用抗震規(guī)范中的彈性反應(yīng)譜估算結(jié)構(gòu)彈塑性變形時(shí)有許多局限性，本文在部分抗震計(jì)算中直接使用彈塑性反應(yīng)譜計(jì)算在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性響應(yīng)。 盡管通過(guò)調(diào)整剪力墻數(shù)量可以在一定程度上調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，但這種調(diào)節(jié)對(duì)于高烈度區(qū)的高層建筑或超高建筑往往難以達(dá)到令人滿意的效果。理論分析和實(shí)踐均表明，通過(guò)設(shè)置一定數(shù)量的阻尼器可有效地控制結(jié)構(gòu)在地震中的響應(yīng)，減小樓層位移并耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)能