【摘要】：密肋复合墙结构是一种耗能减震、节能环保的新型建筑结构体系，经过十余年不断研究和发展，已在理论研究与工程应用方面取得了阶段性成果。随着城市住宅建筑的高度不断增加，原有密肋结构中复合墙体两侧的矩形截面边缘柱难以满足结构刚度及延性需要，限制了密肋结构在中高层建筑中的应用。 本文在异形柱结构及密肋复合墙结构的研究基础上，将传统密肋复合墙结构与异形柱结构结合，提出异形柱－密肋复合墙结构体系。采取试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，对该结构抗震性能进行研究，给出结构全寿命周期优化设计方法，主要研究内容与成果如下： 1、通过7榀密肋复合墙体试件的低周反复水平及竖向加载试验，对墙体的破坏特征、承载力、滞回特性、刚度退化及延性等受力性能进行对比分析。建立中高层密肋复合墙体弹塑性数值分析模型，对9榀异形边缘柱密肋复合墙体进行弹塑性扩展分析。通过试验研究及数值分析，考察异形边缘柱密肋复合墙体的受力特点与机理，获得异形柱截面形状、肢高肢厚比、配筋率及墙体暗梁刚度等因素对墙体承载力、刚度及位移延性的影响规律，为异形柱－密肋复合墙结构的抗震性能分析及设计方法研究提供参考依据。 2、在试验研究与理论分析基础上，将密肋复合墙板等效为异形柱框架内斜向设置的拉压杆，提出异形柱－密肋复合墙结构的“刚架－拉压杆”简化分析模型，拉压斜杆考虑了墙板肋格中纵筋的作用。采用复合材料力学基本理论，给出确定斜杆几何与力学参数的方法，讨论了刚架及斜杆塑性性能的模拟等问题，利用该简化模型对墙体及结构进行弹塑性分析，经与试验结果对比，表明该模型能较好地模拟密肋结构的塑性变形及动力特性。 3、阐述了增量动力分析（IDA）的基本理论，讨论选择地震动记录的方法，确定合适的地震强度及结构性能参数，采用IDA法进行结构的动力反应分析，得到结构最大层间位移角与加速度谱值间的关系及不同性能水平极限状态下的结构位移限值。通过结构抗震能力及地震需求分析，给出结构地震易损性曲线，为异形柱－密肋复合墙结构地震风险评估及遇震损失评价提供依据。 4、对工程全寿命周期各阶段的优化问题进行论述，提出设计阶段全寿命周期优化目标函数，以地震动峰值加速度等结构设计标准作为主要优化变量，给出两层次分类优化的设计框架。在此基础上，讨论建筑结构破坏模式及失效准则，结合结构抗震的多级设防原则，给出适用于全寿命优化设计的单一失效模式下的分级失效准则，推导出结构失效概率简便计算方法。该方法与当前抗震设计理论发展方向一致，且考虑了结构性能的随机性，是对现有方法的合理改进。以最优设计标准决策及最小造价设计为目标，给出建筑结构全寿命周期优化设计的步骤。 5、分析采用不同填充材料的密肋复合墙体热工性能，结果表明，填充材料导热系数对墙体传热阻影响并不十分明显，而夹芯保温层对墙体传热阻影响显著。应用DeST-h能耗模拟软件，对6种异形柱－密肋复合墙建筑的全年能耗进行实时模拟及对比分析，为全寿命周期优化设计提供能耗估计依据。讨论异形柱－密肋复合墙结构设计及各种费用估计的方法，对一个异形柱－密肋复合墙结构住宅进行全寿命周期优化设计。 本文的主要创新之处在于： 1、提出异形柱－密肋复合墙新型结构体系，研究异形柱肢高肢厚比等因素对复合墙体抗震性能的影响，探讨此种墙体的受力机理及破坏形态。 将传统密肋复合墙板与异形柱结合，提出异形柱－密肋复合墙结构体系。通过试验及数值分析，，探讨异形边缘柱密肋复合墙体的受力机理及破坏性态，重点研究异形柱截面形状、肢高肢厚比、配筋率及墙体暗梁刚度等因素对墙体刚度、承载力及位移延性的影响，为结构抗震性能分析及设计方法研究奠定基础。 2、提出异形柱－密肋复合墙结构的“刚架－拉压杆”简化计算模型，采用动力增量分析法，对异形柱－密肋复合墙结构的抗震性能及地震易损性进行分析。 将密肋复合墙板等效为能双向受力的拉压斜杆，提出刚架－拉压杆”简化分析模型，并给出斜杆几何与力学参数确定及塑性性能模拟的方法。采用IDA法对异形柱－密肋复合墙结构的动力反应进行分析，得到不同性能水平极限状态下的结构位移限值及地震易损性曲线，为异形柱－密肋复合墙结构的地震风险评估及遇震损失估计提供依据。 3、提出全寿命周期两层次分类优化设计框架，给出异形柱－密肋复合墙结构全寿命周期设计方法。 提出全寿命周期两层次分类优化设计的框架，建立以地震动峰值加速度等工程设计标准为优化变量的目标函数，给出建筑结构全寿命周期优化设计的方法。对密肋复合墙建筑的保温性能及全年实时动态能耗进行分析，讨论异形柱－密肋复合墙结构设计及各种费用估计的方法，对一个异形柱－密肋复合墙结构住宅进行全寿命周期优化设计。
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【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU973.14;TU973.31
【参考文献】
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2335482
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