框架一抗震墙结构抗震墙最优配置研究.pdfVIP

第 9卷 第 2期 海 南 大 学 学 报 自 然 科 学 敝 Voi9，No’2 Igg1年 6月 NATURAL SCIENCE JOURNAL OF HAINAN UNIVERSITY ]une．1991 框架一抗震墙结构抗震墙最优配置研究 周 亚 军 (海南大 学理工学院) 摘 要 拳文运用于结构概念和矩阵位移法，双结构遣价 最小为目标 函数，抗震墙的片 数和厚度、框架拄截面边长为设计变量，我 国高层建筑设计{毛范的有关{毛定为约束 素件，建立了地震 区框架一抗震墙结构体系抗震墙优化设计的数学模型，研制 了结 构优化设计屯子计算机程序。 文章振讨 了框架 ——抗震墙结构抗震墙优化设 计 的可行域分布，研 完 了结构造 价与抗震墙刚皮的关系覆如何实现抗震墙 的最优配置等 问题 。 关 键 词：框架——抗震墙蛄构 0 乎i言 框架一 抗震墙结构是我国地震区高层建筑 的重要结构体系之一 ，多用于8—25层的民 用建筑及1O层 以下 的工业建筑。 在框架——抗 震墙结构中，抗震墙主要用来承受水平方 向地 震荷载 ．其设计方案直接关系 到结构设计的安全性和经济性．因此，抗震墙合理配置的研究得到了工程界的重视。 日本在对关东等地区地震灾害宏观调查的基础上，总结了地 震灾害与建筑物中抗 震墙数 量之间的关系，以 壁率 为指标 ，提出了高层建筑在地震荷载作用下不致破坏的抗震墙数 量下限 (1)． 壁率 。(指每平方米建筑面戳中抗 震 墙的长度 单位 为‘(cm／m )不 能全 面反映不同截面形状的抗震墙的抗侧刚度 ．也来考虑地 震烈度、建筑场地土的性质 ，结构体 系的特点等因素，比较粗糙．但困其来源于震害调查，具有一定的工程参考价值． 七十年代 以来，我国在8—25层的高层建筑中比较多地采用了框架——抗震墙结构体系， ． 发现一些高层建筑的抗震墙设 置 过 多，造 成抗震墙竖向钢筋大部分按构造配置；同时，抗 震墙配置过多并未明显地减少框架的地震内力，达不到减少框架梁柱截面尺寸的效果 (2)。 因此 ，抗震墙不宜设置过多。但由于高层建筑结构没计方法十分复杂，难以进行不同配置方 ‘ 案的设计比较，抗震墙设计方案的优劣 ，在很大程度上取决于设计者的工程经验。 随着电子计算机技术 的发展 ，采用优化理论进行工程优化设计成为可能。八十年代初 ． 国内开始应用结构优化方法研究抗震墙的最优设计 问 题。归纳 起 来 ．有两种不同的研究方 收稿 日期：l9口0一 口T一 口2 周亚军：框架—— 抗震墙结构抗震墙最优配置研究 25 法 ，一种是根据结构侧 向水平位移的许可值要求，求解抗震墙 的最 小 剐度，实 际上是一种 。满位移 准则法 c3)；另一种是规划法 ，即以结构造价为 目标函数 ，构件的截面尺寸和数 量为设计变量，高层建筑结构设计规范的有关规定为约束条件 ，采用数学规 6法研究抗震墙 的最优配置问题 [1)。在上述研究中，规划法因其 目标函数综合考虑了结构的受力性能、经 济效益等多种因素 ，设计变量直接选用构件截面尺寸和数量 ，与准则法相比，优化设计比较 彻底。但其数学模型不够完善 ，结构 分 祈 采 用近似法。此外 ，优化设计 的可行域分布不清 楚，最优解的唯一性问题 尚来解决 本文首次采用子结构一矩阵位移法建立了框架一抗震墙结构优化设计的数学模型，研究 了优化设计的可行域分布及其性质 ，讨论了结构造价与抗震墙刚度之间的关系及抗震墙片数 与厚度的最优组合 问题 。 1 优化设计的数学模型 1．1 结构分析．方法 结构分析的目的是建立框架一抗震墙结构抗震墙 优化设计 的数学 模型。 本文采用空间协同一平面杆系的结构计算模型 ，运用子结构概念和矩阵位移法进行结构 分析 c5】，其特点是 ：把抗侧力结构体系划分为台抗震墙的平面壁式框架子结构和平面纯框 架子结构，引入楼面刚性假定，在水平地震荷载作用下进行空间协同工作分析 ，在垂直荷载作 用下仍为各榀 平面框架受力，进行平