基于MATLAB的底部大空间剪力墙结构中落地剪力墙刚度优化

论文摘要

从20世纪70年代中期,国内开始尝试使用底部大空间剪力墙结构,到现在短短的二十余年的时间,底部大空间剪力墙结构在工程中的应用逐渐增多。由于底部大空间剪力墙结构转换层处的竖向抗侧刚度有较大的变化,所以结构形式和受力特性不同于传统的结构。落地剪力墙的刚度大小(数量配置)是影响到结构安全和经济合理的关键因素之一:落地剪力墙的数量配置过少,结构产生很大的侧向变形而无法满足安全和使用要求;若配置过多,又会影响底层建筑的使用功能,增加材料用量,造成经济上不必要的浪费。本文针对底部大空间剪力墙所存在的这种问题,进行分析,对底部大空间剪力墙结构中落地剪力墙的合理刚度进行优化。为计算优化方法中的目标函数及约束条件,首先要对底部大空间剪力墙结构进行结构分析。在底部大空间剪力墙结构的分析中,本文首先引用了沈蒲生在《底部大空间框支剪力墙结构自振频率和振型求解的柔度矩阵法》中介绍的柔度矩阵法,计算结构的自振频率和振型;根据底部大空间剪力墙结构的特点,采用振型分解反应谱法,计算结构地震作用,即目标函数;然后采用分区混合法将底部大空间剪力墙结构分成转换层上部剪力墙结构和转换层下部框架一剪力墙结构两部分,推导出转换层上部结构和转换层下部结构的变形曲线公式,再考虑到上下两种结构的变形协调,推导出底部大空间剪力墙结构变形曲线公式,以框支层层间相对侧移与层高之比为约束条件。在落地剪力墙刚度优化中,提出了比较符合设计要求的优化方法,并提出了验算最优刚度是否合理的方法,即验算转换层上、下结构等效侧向刚度比是否满足。以本文的分析优化方法为依据,运用MATLAB软件编制底部大空间剪力墙结构分析及其落地剪力墙刚度优化程序,程序既可计算结构的侧移,方便结构进行方案调整,寻求最优设计,又可直接计算最优落地剪力墙刚度以供工程设计参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出及意义
• 1.2 国内外应用及研究现状
• 1.2.1 底部大空间剪力墙结构的震害
• 1.2.2 底部大空间剪力墙结构体系的特点
• 1.2.3 底部大空间剪力墙结构研究与应用现状
• 1.2.4 底部大空间剪力墙结构的发展趋势
• 1.2.5 高层建筑结构优化发展现状
• 1.2.6 底部大空间剪力墙结构体系研究及结构优化所存在的问题
• 1.3 本论文所用软件介绍
• 1.3.1 SATWE—空间结构有限元分析软件
• 1.3.2 SAP2000—结构通用有限元分析程序
• 1.3.3 MATLAB—种用于工程计算高级性能语言
• 1.4 优化设计理论
• 1.4.1 约束优化
• 1.4.2 非线性规划
• 1.5 本文的基本工作
• 第2章 底部大空间剪力墙结构的分析及计算
• 2.1 结构抗震性能影响因素分析
• 2.1.1 结构概况
• 2.1.2 转换层设置高度
• 2.1.3 转换层上下刚度比
• 2.2 底部大空间剪力墙结构的内力和位移计算
• 2.2.1 底部大空间剪力墙结构的计算简图和计算方法
• 2.2.2 基底水平地震作用力
• 2.2.3 自振频率和振形的求解
• 2.2.4 等效地震作用的q的计算
• 2.2.5 转换层下部结构侧移曲线的推导
• 2.2.6 转换层上部剪力墙结构侧移曲线推导
• 2.2.7 转换层上、下结构等效侧向刚度比
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于MATLAB的底部大空间剪力墙结构中落地剪力墙刚度优化
• 3.1 落地剪力墙合理刚度优化原则
• 3.2 落地剪力墙刚度优化数学模型的建立
• 3.2.1 目标函数
• 3.2.2 约束条件
• 3.2.3 落地剪力墙的刚度优化设计的数学模型
• 3.3 优化工具箱的选用
• 3.4 编程思路及框图
• 3.4.1 编程思路
• 3.4.2 程序框图
• 3.5 程序计算步骤
• 3.6 程序的几点说明
• 3.7 本章小结
• 第4章 算例及结果分析
• 4.1 算例
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 计算参数
• 4.1.3 计算结果
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 优化结果的合理性验证
• 4.2.2 此优化方法的局限性
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢
• 附录