基于有限元对空心剪力墙的拓扑优化设计

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为了在建筑业贯彻可持续发展战略,大力推行各项墙体改革、发展新的住宅结构体系已经成为目前工程界的首要任务之一。随着我国墙体改革、建筑节能等相关政策的实施,住宅产业现代化逐渐提上日程,工程界迫切需要对传统建筑结构进行改革和技术创新,开发新的住宅结构体系。传统现浇钢筋混凝土剪力墙结构具有自重大、刚度大、地震作用大、延性差以及保温隔热等建筑节能性能差等诸多缺点,大量的试验研究和有限元计算分析表明:钢筋混凝土空心剪力墙刚度小、延性好,是一种很好的节能性的延性剪力墙结构。 本文利用有限元软件ANSYS的结构拓扑优化模块对钢筋混凝土空心剪力墙的拓扑形状进行结构优化设计。建立了以总体积为目标函数,以应力和变形状态变量为约束条件,以空心剪力墙孔洞的直径为优化变量的钢筋混凝土空心剪力墙的优化设计模型,并采用零阶方法进行了优化设计和计算,之后进行空心剪力墙的截面验算,并建立空心剪力墙和同体积的普通剪力墙简易模型进行时程分析,得到空心剪力墙和同体积实心剪力墙的顶点位移和层间位移,进行比较之后,得知空心剪力墙的位移要小于同体积实心剪力墙。通过ANSYS进行了混凝土空心剪力墙的优化,得出孔洞率为31.1%的混凝土空心剪力墙,既能满足规范要求的应力和变形限制,又能使结构更佳经济合理。
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