1、生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)體系是一種生態(tài)環(huán)保、節(jié)能保溫、耗能減震的建筑結(jié)構(gòu)新體系。通過十余年的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,目前該結(jié)構(gòu)體系在多層以及中高層結(jié)構(gòu)中的理論研究與工程應(yīng)用均取得了較好的階段性成果。然而作為一種新型結(jié)構(gòu),還有很多問題有待進一步研究探討,特別是生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)的多道抗震防線形成機理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面仍需要進一步研究。本文在課題組前期研究成果的基礎(chǔ)上，圍繞生態(tài)復合墻體合理破壞模式及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法開展研究工作,采取試驗研究、理論分析及數(shù)值計算

2、相結(jié)合的方法,著重對不同類型的生態(tài)復合墻體抗震性能、生態(tài)復合墻體基于協(xié)同工作的內(nèi)力計算模型、生態(tài)復合墻體破壞模式及破壞路徑、多層及中高層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法等方面進行研究,主要研究內(nèi)容與成果如下:
　　(1)對8榀1/2比例模型不同類型生態(tài)復合墻體(不同內(nèi)填材料、不同框格劃分、不同高寬比)進行偽靜力試驗,研究生態(tài)復合墻體受力特點和破壞機制,對比不同類型生態(tài)復合墻體的承載力、滯回特性、延性、強度退化、剛度退化和耗能等抗震性能。

3、試驗結(jié)果表明:發(fā)生剪切型破壞的生態(tài)復合墻體,其砌塊、肋格與外框能夠相互作用,共同受力,在試驗的彈性階段、彈塑性階段及破壞階段依次發(fā)揮作用,具有多道抗震防線;不同內(nèi)填材料、框格劃分及高寬比直接影響生態(tài)復合墻體的受力特性及破壞模式。
　　(2)根據(jù)生態(tài)復合墻體的受力特性,研究多層結(jié)構(gòu)及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體在豎向及水平荷載作用下的協(xié)同工作性能?；趶椥缘鼗豪碚撎岢鐾瑫r適用于多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體在豎向荷載作用下的力學模型;結(jié)合

4、多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體構(gòu)造特點,分別建立多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體水平荷載作用下的墻體力學模型,求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力,定量地給出邊框柱與復合墻板承擔豎向及水平荷載的比例關(guān)系,并就其影響因素進行分析。
　　(3)在試驗研究的基礎(chǔ)上，提出生態(tài)復合墻體破壞模式的主要分類;通過對墻體鋼筋應(yīng)變分析,揭示不同破壞模式墻體受力特征,并提出可應(yīng)用于試驗及數(shù)值分析的墻體破壞模式的簡化判定標準;結(jié)合生態(tài)復合墻體內(nèi)力及極限承載力計算模型,提出墻體破壞

5、模式與破壞路徑的判定方法,推導出墻體構(gòu)件在破壞過程中各階段內(nèi)力、位移計算方法及計算公式,并進行試驗驗證。結(jié)果表明:本文提出的計算方法,能準確判定墻體最終的破壞模式,同時較好地描述生態(tài)復合墻體中復合墻板與邊框柱受力發(fā)展與演變過程,具有計算簡單,概念明確的特點。
　　(4)基于優(yōu)化設(shè)計理論,提出基于分部優(yōu)化思想的多層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法及思路;根據(jù)生態(tài)復合墻體構(gòu)造及受力特點,建立滿足相關(guān)規(guī)程及墻體合理破壞模式要求的生態(tài)復合墻體單

6、元造價最小優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型;根據(jù)該數(shù)學模型特點,將標準遺傳算法進行改進,提出基于增廣拉格朗日函數(shù)適應(yīng)度及自適應(yīng)多位變異算子的改進遺傳算法;并通過多層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實例對優(yōu)化結(jié)果進行了討論。結(jié)果表明:本文提出的優(yōu)化設(shè)計方法合理、可行,具有一定的工程實用意義。
　　(5)在分析中高層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計特點的基礎(chǔ)上，提出中高層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)的多級優(yōu)化設(shè)計方法及思路,即將結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計分為整體剛度優(yōu)化和單元優(yōu)化兩級。其中,整體

7、剛度優(yōu)化分兩步進行,先進行結(jié)構(gòu)側(cè)移約束條件下的生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)整體剛度優(yōu)化設(shè)計,后基于分部優(yōu)化思想進行生態(tài)復合墻體剛度優(yōu)化設(shè)計,分別采用復合形法及改進遺傳算法完成優(yōu)化計算;以整體剛度優(yōu)化結(jié)果作為初始值,進行局部強度及合理破壞模式約束下的生態(tài)復合墻體單元優(yōu)化設(shè)計,采用改進遺傳算法進行優(yōu)化計算,重復上述兩級優(yōu)化到目標函數(shù)收斂為止;通過優(yōu)化設(shè)計實例分析,介紹優(yōu)化設(shè)計過程。分析結(jié)果表明:本文提出的優(yōu)化設(shè)計方法能夠產(chǎn)生一個合理的、可靠的及可操作性的

8、結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　本文的主要創(chuàng)新之處在于:
　　(1)建立基于協(xié)同工作的多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體內(nèi)力計算模型,分別推導出復合墻板和邊框柱在豎向及水平荷載作用下的內(nèi)力計算表達式。
　　結(jié)合前期及本文試驗研究結(jié)果,在總結(jié)生態(tài)復合墻體在豎向及水平荷載作用下的受力特性的基礎(chǔ)上，基于彈性地基梁理論,提出同時適用于多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體豎向荷載作用下的力學模型;結(jié)合多層及中高層結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體構(gòu)造特點,分別建立多層及中高層

9、結(jié)構(gòu)生態(tài)復合墻體水平荷載作用下的墻體力學模型;根據(jù)變形協(xié)調(diào)原理,建立結(jié)構(gòu)平衡微分方程,進而求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力,定量給出復合墻板和邊框柱承擔豎向及水平荷載的比例關(guān)系。從理論上揭示了生態(tài)復合墻體中邊框柱與復合墻板協(xié)同工作關(guān)系,為墻體破壞模式的判定及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)提供了必要的理論基礎(chǔ)。
　　(2)基于不同破壞模式生態(tài)復合墻體受力特征深入分析,提出墻體破壞模式及破壞路徑判定方法。
　　在對不同類型生態(tài)復合墻體(不同內(nèi)填材料、不同框格劃

10、分、不同高寬比)抗震性能試驗研究的基礎(chǔ)上，提出生態(tài)復合墻體破壞模式的主要分類,并通過對墻體鋼筋應(yīng)變分析,揭示不同破壞模式復合墻體受力特征,提出墻體破壞模式簡化判別標準;在此基礎(chǔ)上，提出墻體破壞路徑及破壞模式的對應(yīng)關(guān)系,結(jié)合墻體內(nèi)力計算模型及極限承載力計算方法,提出生態(tài)復合墻體破壞模式及破壞路徑判別方法,并分別推導出復合墻體、復合墻板及邊框柱在破壞過程中各階段的位移及所承擔的水平荷載計算公式。該方法能較好地描述生態(tài)復合墻體中復合墻板與邊框

11、柱受力發(fā)展與演變過程,揭示了結(jié)構(gòu)多道抗震防線形成機理,為生態(tài)復合墻體優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)提供必要的基礎(chǔ)。
　　(3)基于優(yōu)化設(shè)計理論,并結(jié)合多層及中高層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算特點,提出基于合理破壞模式的多層及中高層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。
　　提出基于分部優(yōu)化思想的多層生態(tài)復合墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法及思路;建立滿足相關(guān)規(guī)程及墻體合理破壞模式要求的生態(tài)復合墻體單元造價最小優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型。將標準遺傳算法進行改進,提出基于增廣拉格