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基于层单元的框剪结构剪力墙刚度优化

李伟锋

  框剪结构具有框架结构和剪力墙结构两者的优点,在抗震性能和结构平面布置上都具有较大的优势,在高层建筑中应用非常广泛。框剪结构中剪力墙的刚度从抗震上讲要求其不能太小,从经济上讲又要求其不能太大,在初步设计时如何快速、高效、合理地确定剪力墙的刚度是本文研究的重点。 本文采用离散—连续化方法,建立了层单元模型,在单元内部框架和剪力墙的变形是连续的,在单元与单元之间是离散的。首先,以等刚度框剪结构连续化挠曲微分方程为基础,推导了变刚度框剪结构一般单元的单元刚度方程,考虑不同荷载形式对结构位移的影响,推导了四种荷载形式下框剪结构的单元刚度方程,利用编制的计算机程序,将单元刚度矩阵组装成总体刚度矩阵,建立了总体刚度方程。考虑高振型的影响,用振型分解反应谱法计算结构所受到的水平地震荷载,并推导了结构基底内力与总水平地震荷载的关系式。其次,建立了以剪力墙抗弯刚度为设计变量,以地震作用剪力为目标函数的剪力墙刚度优化模型,提出了用刚度折减系数法考虑罕遇地震对结构影响的方法,并用MATLAB语言编写了计算框剪结构位移和剪力墙最优刚度的程序。然后,以一个算例为基础演示了程序的应用,计算了结构的刚度特征值,各个振型下的周期,水平地震力,总地震力,以及三种荷载形式下结构的楼层位移和层间侧移角,并算得了结构的最优剪力墙刚度。最后,通过程序法、解析法和组合单元有限元法对算例计算结果的对比,说明该程序的计算精度介于解析法和传统有限元法之间,能够满足结构初步设计的需要,而且其计算效率非常的高,是一种可用于结构初步设计的理想方法。……   
[关键词]:变刚度;框剪结构;刚度优化;MATLAB编程
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西安建筑科技大学2011年
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