钢板混凝土组合剪力墙在高层住宅中的优化分析

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钢板混凝土组合剪力墙是在钢板剪力墙的基础上发展而来,是钢筋混凝土剪力墙内插钢板而成的新型抗侧力构件。钢板混凝土组合剪力墙相比相同尺寸的钢筋混凝土剪力墙有抗剪刚度大,极限承载力高,后期延性好的优势,解决了纯钢板剪力墙刚度不大、稳定性能和防火性能差、后期维护成本高的问题。目前,国内的普通高层住宅楼中并未广泛应用钢板混凝土剪力墙结构体系,高烈度区的建筑往往需要采取一定的抗震措施来保证结构在地震作用下的安全性,而钢板混凝土剪力墙结构体系不仅能提高结构的安全性且不会影响建筑的使用功能。因此,本文基于推广钢板混凝土剪力墙结构体系在普通高层建筑中的应用和优化,将钢板混凝土剪力墙放置在普通的高层住宅建筑中,通过位置、数量和长度等变量对结构的安全性和经济性进行优化。以剪力墙的位置、数量和长度为目标对某住宅楼的实体结构进行了优化,通过合理的优化方法和计算分析最终得到了较为合理的初步优化方案。采用PKPM和MIDAS两种软件对初步优化方案进行了计算分析,并对两种软件计算分析所得到的层间位移角、层位移比、周期比及层剪重比的计算结果进行了对比分析。通过变换钢板混凝土组合剪力墙的位置、数量和长度,得到了五种平面优化方案。采用MIDAS GEN有限元分析软件分别对钢板混凝土组合剪力墙的五种平面优化方案和竖向优化方案进行了模态分析和反应谱分析,分析了各钢板混凝土组合剪力墙优化方案的优劣,得到了安全性和经济性最佳的最终优化方案。在多遇地震情况下,对钢板混凝土剪力墙的最终优化方案和普通混凝土剪力墙的最终优化方案进行了时程分析。研究了在三条地震波作用下结构的地震反应沿高度的变化情况,计算出了x、y方向各层的最大位移、最大层间位移角和层剪力。通过两种优化方案时程分析结果的比较可知,钢板混凝土组合剪力墙的层位移和最大层间位移角较普通混凝土剪力墙的优化方案均明显降低,且两种优化方案下结构的层剪力沿高度变化基本均匀,钢板混凝土组合剪力墙的层剪力明显大于普通混凝土剪力墙的层剪力。因此,采用钢板混凝土组合剪力墙不仅提高了结构的整体刚度,更增加了结构的抗震性能,这与地震反应谱法分析结果相同。
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