下载文档原格式
框架-剪力墙结构的优化设计内容摘要：随着我国经济的发展以及人们生活水平提高，高层建筑的需求量有所增加。
在高层建筑的框架-剪力墙结构中，剪力墙是最重要的抗侧力构件，承担了建筑70%以上的地震作用，因此剪力墙的设计质量将对结构安全性、工程造价等产生直接影响。
本文结合框架-剪力墙结构的应用现状，对优化设计的具体策略进行分析与阐述。
关键词：框架-剪力墙；结构；设计Abstract: with the development of our national economy and improve peop le’s living standard, the increased demand for high-rise building. In the frame of the high-rise building and shear wall structure, shear wall is the most important component of lateral force for building more than 70% of the earthquake action, so the design of the shear wall structure of safety, quality will have a direct impact of project cost, etc. Combining with the rc frame-shear wall structure of the current situation of the application and the optimization design of the specific strategies for analysis and described.Keywords: frame-shear wall; Structure; design以当前城市高层建筑的发展来看，大多数结构设计应用框架-剪力墙结构。
框架——剪力墙结构最佳耗能体系的探讨的特点，以及较好的抗震性能，因而在三十层以下的高层建筑中大量被采用。
框架剪力墙结构是由多种具有不同受力特性构件（如框架梁、柱，框架与剪力墙之间的连梁，剪力墙墙肢，剪力墙连系梁等）组成的结构，如何通过合理设计，使其的抗震性能更好，使之在地震作用下成为最佳耗能体系，即形成最佳破坏体系，满足小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震原则，从而达到可靠与经济的目的，是一个很重要的问题，解决这个问题具有重要的理论和实际意义。
本文就想针对这个问题进行一些探讨。
高层建筑结构抗震的概念设计逐步被设计人员所认识和重视。
因为任何一个精确的理论计算结果都是在一定假定的计算模型基础上所得到的，而地震作用是一个非常复杂的空间问题，且有许多不确定性，尤其是当结构进入弹塑性阶段以后，就很难用常规的计算原理去进行内力分析了，所以在实际设计中应把理论计算结果与概念设计结合起来，才能真正做到使结构安全可靠。
事实上现行规范中的一般规定及各类结构的构造要求大部分是从概念设计中获得的。
本文所讨论的问题也属于框架剪力墙结构抗震概念设计的内容。
１最佳耗能体系的讨论框架剪力墙结构概括起来可以按以下四种方式进行设计（由于框架柱出现塑性铰框架形成柱式侧移机构，危害性大，不易修复，一般不允许框架柱出现塑性铰）：（１）弹性墙弹性框架（简称ＥＷＥＦ）：即将剪力墙和框架设计成在整个地震过程中一直处于弹性。
（２）弹性墙弹塑性框架（简称ＥＷＰＦ）：即使剪力墙在整个地震过程中处于弹性，而使框架中的梁端在地震过程中进入弹塑性形成塑性铰。
（３）弹塑性墙弹性框架（简称ＰＷＥＦ）：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，而让框架在地震过程中一直处于弹性。
（４）弹塑性墙弹塑性框架（简称ＰＷＰＦ）：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，也让框架中的梁端在地震过程中屈服形成塑性铰。
文献对以上四种结构进行了动力反应分析，比较其动力反应可得到：结构ＥＷＥＦ产生了最强的结构动力反应。
框架-剪力墙结构最佳耗能设计梁、柱，框架与剪力墙之间的连梁，剪力墙墙肢，剪力墙连系梁等）组成的结构，如何通过合理设计，使其的抗震性能更好，使之在地震作用下成为最佳耗能体系，即形成最佳破坏体系，满足小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震原则，从而达到可靠与经济的目的，是一个很重要的问题，解决这个问题具有重要的理论和实际意义。
框架剪力墙结构设计的几种方式（由于框架柱出现塑性铰框架形成柱式侧移机构，危害性大，不易修复，一般不允许框架柱出现塑性铰）：（１）弹性墙弹性框架（简称ＥＷＥＦ）：即将剪力墙和框架设计成在整个地震过程中一直处于弹性。
（２）弹性墙弹塑性框架（简称ＥＷＰＦ）：即使剪力墙在整个地震过程中处于弹性，而使框架中的梁端在地震过程中进入弹塑性形成塑性铰。
（３）弹塑性墙弹性框架（简称ＰＷＥＦ）：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，而让框架在地震过程中一直处于弹性。
（４）弹塑性墙弹塑性框架（简称ＰＷＰＦ）：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，也让框架中的梁端在地震过程中屈服形成塑性铰。
文献对以上四种结构进行了动力反应分析，比较其动力反应可得到：结构ＥＷＥＦ产生了最强的结构动力反应。
此结构的顶点位移最大，除在结构底部剪力墙屈服层以及靠近屈服层的少数层外，各层的层间变形以及框架梁、柱弯矩和剪力均较大，剪力墙的弯矩和剪力沿整个高度均较大。
结构ＥＷＰＦ的位移（顶点位移和层间位移）较结构ＥＷＥＦ有所减少，但不显著；框架各层梁、柱弯矩和剪力降低较多；剪力墙的弯矩和剪力变化很小，在结构下部略有减小，在结构上部略有增加。
结构ＰＷＥＦ的顶点位移较结构ＥＷＥＦ和结构ＥＷＰＦ减小许多；除在底部若干层里，由于剪力墙的屈服产生塑性转动引起层间位移增大外，其余各层的层间位移较ＥＷＥＦ和ＥＷＰＦ减小许多；框架梁、柱的弯矩和剪力较结构ＥＷＥＦ有一些下降，但幅度不大；剪力墙的弯矩和剪力值沿整个高度较ＥＷＥＦ与ＥＷＰＦ下降很多。
结构ＰＷＰＦ与结构ＰＷＥＦ相比，层间位移和顶点位移稍有增加，但框架梁、柱的弯矩和剪力有所下降；剪力墙的弯矩和剪力变化很小，多数层稍有减小，少数层稍有增加。
基于能量准则的框架剪力墙结构优化设计研究
卢巧玲;张涛
【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2017(033)002
【摘要】对框架剪力墙结构中剪力墙位置优化设计问题建立了数学模型,针对剪力墙位置分析的离散变量广义0-1规划问题,采用微粒群算法对其优化数学模型进行求解,并由INVENTOR三维建模软件对其进行了模态分析和数字模拟.结果表明,微粒群优化算法对剪力墙位置优化分析和计算是有效的,从而为框架剪力墙结构中剪力墙位置的设计提供有效的方法和依据.
【总页数】4页(P10-13)
【作者】卢巧玲;张涛
【作者单位】浙江广厦建设职业技术学院,浙江东阳322100;浙江广厦建设职业技术学院,浙江东阳322100
【正文语种】中文
【中图分类】TU398+.2
【相关文献】
1.框架剪力墙高层建筑结构优化设计研究 [J], 李中国
2.框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究 [J], 张瑞文
3.浅述框架剪力墙高层建筑结构优化设计研究 [J], 任绅祥;章耘芸
4.浅述框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究 [J], 张宝华
5.浅述框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究 [J], 张宝华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
框架剪力墙结构的优化策略框架剪力墙结构是一种常见的建筑结构形式，具有结构强度高、抗震能力好等优点。
在实际工程中，如何对框架剪力墙结构进行优化设计是一个重要的问题。
本文将从结构设计、材料选择、结构布置等方面探讨框架剪力墙结构的优化策略。
一、结构设计框架剪力墙结构是一种受力以剪力为主的结构形式，因此在结构设计时需要考虑墙体的受力性能。
首先需要确定墙体的位置和尺寸，以确保墙体能够满足抗震设防要求。
此外，还需要合理选择墙体的厚度和强度等参数，以确保墙体能够满足抗震要求。
在设计过程中，需要特别注意墙体的布置和排布。
不同位置和不同方向的墙体受力情况会有所不同，因此需要根据实际情况对墙体进行合理的布置和排布，以充分发挥其抗震能力。
二、材料选择框架剪力墙结构中主要使用的材料包括钢筋混凝土、钢材等。
在材料选择上需要考虑到受力性能和经济效益，寻找一个合适的平衡点。
钢筋混凝土是一种常见的建筑材料，其强度和刚度较高，且容易施工和维护，因此在实际工程中用得较多。
而钢材具有较高的韧性和延展性，可以在地震等极端情况下发挥其优势。
为了优化框架剪力墙结构的受力性能，还需要在材料选择上考虑到其使用寿命和环境影响等因素，选择具有良好性能的材料和加强保养和维护工作。
三、结构布置框架剪力墙结构中的墙体布置和结构形状对其受力性能有很大的影响。
在实际工程中，需要进行合理的布置和排布，以提高结构的抗震性能。
具体而言，可以采用以下优化策略：1. 墙体的布置应该充分考虑建筑的形状和外部条件，避免出现墙体卡在角落中的情况。
2. 采用层间交错布置的方式，以提高墙体的整体连通性和抗震能力。
3. 通过选择不同形式的墙体和墙体厚度等参数，来适应不同方向的加速度和荷载分布情况。
4. 结构的布置应该充分考虑结构的构造和使用，避免出现细节问题和尺寸偏差。
四、总结框架剪力墙结构是一种抗震能力较强的建筑结构，具有广泛的应用前景。
在实际工程中，如何对框架剪力墙结构进行优化设计是一个值得关注的问题。
高层建筑框架剪力墙结构设计优化措施研究高层建筑框架剪力墙结构设计优化措施研究【摘要】建筑设计师经常使用框架剪力墙结构，这种结构能够减少建筑物发生侧移的现象，大大增强建筑结构的整体质量。
建筑的框架剪力墙结构设计成了影响建筑的一个重要的因素，它的好坏将会直接影响建筑的抗震性及承载力。
本文将会着重对建筑结构设计中剪力墙结构设计优化措施进行分析。
【关键词】剪力墙结构;建筑结构;设计引言随着经济建设的快速开展，城市人口不断增加，建筑用地资源非常紧张，在这种情况下，高层建筑以其大容积率得以在城市中快速开展起来。
高层建筑垂直高度较大，而且结构较为复杂，这就需要选择适宜的结构形式，来确保高层建筑的稳定性。
目前框剪结构不仅能够有效确实保使用空间的最大化，而且抗侧力刚度也较好，所以在当前高层建筑结构设计中得以广泛的应用。
在进行框剪结构设计过程中，需要对其设计进一步优化，确保建筑结构能够更好的满足建设可靠性的要求。
1高层建筑框架剪力墙结构布置设计在高层住宅的框架-剪力墙结构中，剪力墙与普通剪力墙结构相比存在一定的差异。
下部楼层中，剪力墙的位移较小，因此，可以拉着框架按照弯曲型曲线变形，由剪力墙承受大局部水平力;而在上部楼层，剪力墙的位移会越来越大，并且呈现出外侧的趋势，因此，框架趋于内收，拉着剪力墙按照剪切型曲线变形。
框架除了负担外负荷产生的水平力，还需要负担拉动剪力墙的附加水平力，而剪力墙不会承受任何的荷载水平力，还因为给框架一个附加水平力，而承受负剪力。
因此，在上部楼层，即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也会出现相当大的剪力。
作为主要的抗侧力构件，剪力墙在结构中的作用是非常巨大的，如果在设计时，仅仅在一个主轴方向布设剪力墙，很可能造成两个主轴方向抗侧刚度的巨大的差异，在没有设置剪力墙的主轴方向，会因为刚度缺乏，无法与另一个主轴方向相互协调，在振动作用下容易导致结构的扭转破坏。
因此，该工程设计中，在两个主轴方向都布置了剪力墙，形成了双向抗侧力体系，可以有效减少层间侧移。
钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究共3篇钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究1钢筋混凝土框架剪力墙结构是一种结构体系，在地震作用下具有较高的抗震性能。
这种结构体系可以采用能量抗震设计方法，进一步提高其抗震性能。
本文将详细介绍钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法的研究。
1. 能量抗震设计方法简介能量抗震设计方法是一种基于结构弹塑性韧性目标的设计方法，其核心思想是使结构在地震作用下，通过适当塑性变形吸收地震能量，从而减小结构的震动响应，提高其抗震性能。
具体来说，能量抗震设计方法需要先确定结构的设计震级、设计地震波和设计位移。
然后，通过合理的结构配置、强度设计和细节设计，使结构能够在震动过程中通过一个合理的弹塑性变形过程，吸收大量的地震能量，从而达到抵抗地震破坏的目的。
2. 钢筋混凝土框架剪力墙结构的特点钢筋混凝土框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两部分组成的，具有以下特点：（1）框架的柱和梁间距大，设计为不敏感区，灵活性较高，有利于消除局部的集中应力。
（2）剪力墙负责强度和刚度的承担，起到了集中吸能的作用，能够消耗地震能量，从而提高结构的抗震性能。
（3）框架和剪力墙之间通过连接件进行刚性连接，形成一个整体的结构。
（4）由于剪力墙具有较高的强度和刚度，结构的位移角度受到较大限制，可有效地控制结构的变形。
3. 钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法的研究钢筋混凝土框架剪力墙结构可以采用能量抗震设计方法，进一步提高其抗震性能。
其具体步骤如下：（1）确定设计震级、设计地震波和设计位移。
（2）设计抗震水平荷载组合，确定结构的强度及抗震性能要求。
（3）进行结构设计，在保证结构稳定性和强度的前提下，合理选取材料和剖面尺寸，构造出一个合理的钢筋混凝土框架剪力墙结构。
（4）进行细节设计，如钢筋配筋、节点连接等，保证结构在地震作用下能够发挥较好的变形能力和塑性能力。
（5）进行结构的抗震性能分析，确定结构的抗震性能是否符合设计要求。
探讨基于能量准则的钢筋混凝土框架结构优化设计摘要：对钢筋混凝土框架结构优化设计问题建立了基于能量准则的优化框架结构，为了更好的使钢筋混凝土框架结构运用到具体施工操作中，本文首先对混凝土框架结构面临的问题进行分析讨论，接着分析了其设计要点，最后给出了基于能量准则的钢筋混凝土框架结构优化具体方法，希望对以后的研究起到借鉴参考作用。
关键词：能量准则；框架结构；智能优化设计；钢筋混凝土引言：钢筋混凝土框架结构的优化问题一直是建筑领域的重要研究课题，且与建筑设计和施工之间有着密切的联系，并对有抗震设防要求的建筑结构的安全和经济有着直接和关键的影响。
由于问题的特殊性，框架结构的优化分析和计算通常涉及多变量优化问题，实际上框架结构的优化设计就是处理如何用尽量少的材料（尤其是钢筋）来保证建筑结构体系满足抗震要求的问题。
为了寻求有效的优化计算方法，其中，典型的惩罚函数法、模拟退火技术、蚁群算法、遗传基因算法和微粒群算法等都成为用来求解大型工程优化问题的有效算法，特别在钢筋混凝土框架结构优化配置分析方面，取得了长足的进步。
随着对抗震体系中钢筋混凝土框架结构优化设计方法的深入探索和研究，微粒群算法的改进算法逐渐成为科研人员研究的热点，并有望成为土木工程领域保证高效收敛于全局最优解的智能优化算法之一。
一、钢筋混凝土框架结构面临的问题由于钢筋混凝土框架结构体系相当于底部固定顶部自由的悬臂梁体系，属于多自由度静不定结构体系，采用经验设计和手工计算来确定结构体系中所有关键构件柱和梁的截面尺寸、合理配筋率以及满足规范约束下的若干要求，必然成为工程设计人员不可能完成的任务。
单纯的经验设计以及抗震结构选型和构件连接构造要求的诸多限制必然造成结构体系的混凝土用量和钢筋用量的大量浪费，我国相关建筑设计规范都对框架结构的层间位移角极限值1/1000和结构的基本自振周期0.05n至0.08n（n为结构的总层数）做出严格限制，满足结构抗震要求，故此，本文仅考虑钢筋混凝土框架结构在满足规范的结构抗震要求的前提下，解决其关键构件的几何参数的优化分析和计算问题。
框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化研究陆铁坚;杨诗龙;宋宁;王鹏皓【摘要】基于势能驻值原理推导框剪结构的层刚度矩阵，用有限单元法的思想，形成总体刚度矩阵，用于结构的振型分解和周期计算。
选取结构滞回耗能需求值与滞回耗能能力值之比与结构所受水平地震作用的乘积作为目标函数，应用振型分解法求解多自由度体系的滞回耗能需求值和能力值，建立框剪结构基于能量概念的抗侧刚度优化数学模型。
采用罚函数法的思想，将非线性约束优化问题转化为非线性无约束优化问题，采用 MATLAB 编制优化程序。
最后给出算例，算例表明本文方法和程序是正确可行的。
%In this paper,based on the principle of resident potential energy,inter -story stiffness matrix for frame-shear wall structure was deduced.The thought of finite element method was used to form the global stiffness ma-trix,which is helpful to conduct the modal decomposition and calculation of structural natural period of vibration. It is the product of horizontal seismic action,the ration of hysteretic energy demand and hysteretic energy capacity that was selected as the target function.Modal decomposition method was used to calculate the hysteretic energy demand and hysteretic energy capacity of multi -degree freedom system.A mathematical model with respect to lat-eral stiffness optimization of frame -shear wall structure was founded.In this paper,the nonlinear constrained op-timization problem was transformed into nonlinear unconstrained one by adopting the idea of penalty function meth-od.A frame -shear wall structure optimum MATLAB software was developed.Subsequently,combined with a nu-merical example,the resultsdemonstrate that the method proposed in the paper is accurate and feasible.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P150-153)【关键词】框剪结构;抗侧刚度;优化;层模型;滞回耗能【作者】陆铁坚;杨诗龙;宋宁;王鹏皓【作者单位】中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075;中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075【正文语种】中文【中图分类】TU973.16框剪结构体系因其独特的优势应用广泛，特别是异形柱框剪结构在中高层住宅体系中发展前景广阔，且已展开广泛研究[1-2]。
第33卷第2期2017年3月齐齐哈尔大学学报（自然科学版）Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition)Vol.33,No.2March,2017基于能量准则的框架剪力墙结构优化设计研究卢巧玲，张涛(浙江广厦建设职业技术学院，浙江东阳322100)摘要：对框架剪力墙结构中剪力墙位置优化设计问题建立了数学模型，针对剪力墙位置分析的离散变量广义0-1规划问题，采用微粒群算法对其优化数学模型进行求解，并由IN VEN TO R三维建模软件对其进行了模态分析和数 字模拟。
结果表明，微粒群优化算法对剪力墙位置优化分析和计算是有效的，从而为框架剪力墙结构中剪力墙位 置的设计提供有效的方法和依据。
关键词：能量准则；剪力墙；广义0-1规划问题；微粒群；数字模拟中图分类号：TU398+.2 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2017)02-0010-04在抗震结构体系中，剪力墙的布置方式很大程度上决定了剪力墙的刚度和刚度分布，确定剪力墙的原 则是剪力墙结构设计和结构优化设计的关键内容'优化剪力墙的配置方式，就是要通过调整和改变剪力 墙位置和设置方式，来达到调整和控制抗震的框架剪力墙结构和剪力墙结构体系的每层结构的等效刚度，即在优化过程中不断地修正和改变剪力墙配置的位置和方式，从而达到修改整个抗震结构体系的刚度，使 得满足结构体系的地震反应达到安全和经济的最低要求。
同时还要尽量保证外部干扰作用下，尽量减少或 不出现整个结构体系绕着通过刚心的中心惯性主轴发生扭转振动反应。
剪力墙优化配置问题一直是建筑领域的重要研究课题，且与建筑设计和施工之间有着密切的联系，并 对有抗震设防要求的建筑结构的安全和经济有着直接和关键的影响。
由于问题的特殊性，剪力墙的优化配 置的分析和计算通常涉及离散变量优化问题，实际上剪力墙的优化配置是处理如何用尽量少的剪力墙数量 和合理的位置来保证建筑结构体系满足抗震要求的问题。
为了寻求有效的离散优化计算方法，分支定界法、隐枚举法、模拟退火技术、蚁群算法和基因遗传算法等都被用来处理离散优化问题的有效算法，特别在大 型结构体系的传感器/作动器的优化配置分析方面，取得了长足的进步'随着对抗震体系中剪力墙优化设 计方法的深人探索和研究，剪力墙的优化布置问题也将成为土木工程领域的科学研究的难点和热点。
微粒 群算法解决大型抗震结构体系中剪力墙优化配置问题将成为最卓有成效的解决方法之一。
1剪力墙设计中存在的问题由于剪力墙结构体系相当于底部固定顶部自由的悬臂梁体系，剪力墙的数量和布置方式是造成总的混 凝土用量和含钢量的根本差异的根本原因'对于结构体系中剪力墙的数量，我国相关建筑设计规范都采 用纯剪结构的层间位移角极限值1/1000和结构的基本自振周期0.05«至0.08« («为结构的总层数）作出严 格要求，本文仅考虑剪力墙在满足规范要求的前提下数量保持不变，只解决剪力墙位置的优化分析和计算 问题。
2剪力墙位置优化数学模型2.1剪力墙结构体系的动力学模型一个《自由度结构在环境干扰和控制力作用下运动方程表示为收稿日期：2016-09-11基金项目：2016年度浙江广厦建设职业技术学院院级课题“基于粒子群优化算法的框架结构优化研究”作者简介：卢巧玲（1985-)，女，湖北麻城人，讲师，工学学士，主要从事建筑结构应该研究。
第2期基于能量准则的框架剪力墙结构优化设计研究• 11 •M+ C+ Kq(t) = DF(t) + HU(t)⑴d t dt式中，M，C，K分别为阶质量、阻尼和刚度矩阵；q，#和€|分别是结构的位移、速度和加速度；dt dt23(〇是《维独立位移向量（独立广义坐标向量）；F(t)为p维环境干扰向量；U(t)为r维控制力向量；《x户阶 矩阵D和《xr阶矩阵H分别描述了环境干扰和控制力在结构上的分布情况。
引人状态向量，将式（1)写成状态方程的形式= AZ(t)+ BU(t)+ WF(t)(2)dt式中，A=-M-lKI-M-lC，Z(t)="q(t)"dq(t)，B="0"M-H，W="0"M-DL d t」L 」L」分别是2«x2«阶系统矩阵，2«维状态向量，2«x r阶控制器位置矩阵和2«x^阶环境干扰力位置矩阵，“0定和“I”分别为相应维数的零矩阵 和单位矩阵，Z(t0)= Z0(初始状态向量）。
式（2)构成剪力墙优化配置问题的动力学模型，其中，U(t)和H矩阵的元素均为零。
2.2求解振动体系动态反应的算法剪力墙位置优化设计的模型求解算法是结构体系振动主动控制问题衍化出来的仅有地震干扰作用的状 态方程求解的核心内容。
从原理上讲，所有现代控制理论的控制算法都可以借鉴过来用于剪力墙优化设计 内容的分析方法。
本文采用经典线性最优控制法，其目标函数（振动反应之能量函数）是剪力墙优化配置算法的理论依 据。
定义结构体系的二次型性能泛函为J= |j，(t)QZ(t)dt⑴式中，Q e尺…为剪力墙结构体系的动态反应的权重矩阵。
系统状态最优控制问题就是在无限时间区间[t0,〜）内寻找最小的Z(t)，将系统从初始状态Z0转移到零 状态附近，并使式（3)定义的性能泛函取极小值。
因此，剪力墙最优配置问题的数学描述为求 Z(t)MinJ =1j；；Z r(〇Q Z(t)dt⑷s.t.^^s A Z W+ BUW+ WFQ)，F(^不，…人）》0(建筑规范约束条件）d t结构体系状态向量最优问题是一个始端固定、无限时间最优控制问题。
本文采用浙江省中部地区风压每平方米0.45 k N按规范折算后模拟白噪声风荷载的时程数据，并按照 风荷载在结构体系上按照倒三角形式作用。
2.3微粒群优化算法及其实现微粒群算法[4,5，现目前被应用于离散变量优化设计问题。
本文的剪力墙优化配置问题目标函数采用上述的结构体系的二次型性能泛函（简称能量函数）J，设计 变量为结构体系楼层边缘位置的离散变量X，每个离散变量设置为[0，1]的随机数，通过随机取整即可定义 某点的剪力墙配置的状态（设置为1，不设为0)，约束边界即为变量相应位置的空间极限位置。
在采用微粒群算法进行剪力墙位置优化的过程中，有两个十分关键的环节需要特别关注：一是对问题 解的编码，一般微粒群算法都是采用实数进行编码，而本文特别在计算时用实数，定位时要取整；另外是 适应度函数即为剪力墙结构体系的实型数的对应解。
搜索迭代次数（整体搜索次数）取200,最大设计变 量个数为100,群体中个体总数为100。
为最大限度地消除局部最小值的可能性，在搜索位置前的总权重上• 12 •齐齐哈尔大学学报（自然科学版）2017 年频率/Hz图2模拟白噪声风荷载时程图和频域图频率/Hz图3优化前后顶层位移时程与频谱曲线 图4优化前后顶层加速度时程与频谱曲线2.4丨NVENTOR 数值模拟本文采用Invent 。
!■三维建模和分析软件[7]对剪力墙优化前后的建筑结构体系的一层简化模型进行了数 值模拟和模态分析的结果也说明了在模拟白噪声风荷载作用下振动模态在剪力墙优化前后的巨大差异，同 时也说明了有抗震要求的建筑结构体系在水平风荷载作用下可能激发出绕竖向垂直中心主惯性轴的扭转振 动反应。
简化一层模型的数值模拟和模态分析的结果，详见图5,图6和图7。
剪力墙优化分析的结果表明，即使剪力墙布置的数目不变，仅其位置的改变和调整就足以使抗震结构 体系的频率发生明显的改变，而这些频率的精确化度量和调整确实可以对抗震结构体系（框架剪力墙体系 和剪力墙体系）的结构修改提供理论和技术上的合理有效的支撑，而设计人员和工程施工人员在有效合理 的结构修改的概念和指导下，可以在剪力墙数量和位置优化和工程建筑设计规范双重思考的前提下，实现 剪力墙的数量最少和位置最合理的优化处理，从而最大限度地降低剪力墙总体的混凝土和钢筋用量，以降 低抗震结构体系的总成本。
3结束语1)在剪力墙数量不变且满足建筑规范相关约束下进行的位置优化分析和计算的方法，对降低抗震体246 8101214时间/s1 1 1 1 II I--+ —1 —1—1--……•…第六层优化前位移功率谱第六层优化后位移功率谱r tK.；i ii i iiiK ：[：Vi i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 11 1 r 1iiii024681012 14 161820频率/Hz微粒群算法目标函数（均值）曲线0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200迭代次数!考虑了改进措施，增设了随机变化系数凡（0.35至 0.65 )。
由微粒群算法进行优化后，框架剪力墙简化模 型的目标函数（能量函数）的变化，见表1。
微粒 群搜索过程和模拟白噪声风荷载及顶层位移和加速 度时程和频谱图，详见图1-4。
42E0 -2'40246 8101214时间/sx 10J■■"……第六层优化前位移反应丁_T ji|iii ttt第六层优化后位移反应ii iii表1目标（能量）函数值模型目标(能量)函数值/j优化前 6.806优化后 2.001减小幅度/还70.6前三阶能量降低幅度/还52.30.2第六层优化前加速度反应111第六层优化前加速度功率谱| 5 |i 1第六层优化后加速度功率谱1 ：： ：i1ii 11 ：; ：ji 1—1斷,11 1 1 1i i ii ii i i —t —1—|—|- —| — iiii*M A L 1 .v J L A •‘_1*吞«*后«*緜诓匡s ^s---«*昆第2期基于能量准则的框架剪力墙结构优化设计研究• 13 •系的动态反应，满足抗震要求，具有理论意义和工程价值。
(2 )由微粒群优化算法解决剪力墙最优位置的广义0-1规划问题是将随机智能优化算法和建筑体系 振动控制的理论巧妙结合将有助于综合研究剪力墙数量和位置全面优化研究工作的进展。
(3 )抗震结构体系的二次型性能泛函(能量函数)作为剪力墙数量和位置全面优化的目标函数尚需对相 应权重矩阵的参数确定和性能泛函合理范围以及微粒群算法的编码方面还有进一步优化的潜力，尚需进一 步探索、挖掘和完善。
图5最差位置Fl=39.45 H z模态图图6中间位置Fl=74.44 H z模态图图7最佳位Fl=147.81 H z模态图参考文献：[1]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造[M].北京：中国建筑工业出版社，2009:303-323[2]欧进萍.结构振动控制[M].北京：科学出版社，2003:56-95[3]徐传亮，光军.建筑结构设计优化及实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2012[4] Eberhart R，Kennedy J.A new optimizer using particle swarm theory[C].Proc of 6th int Symposium on Micro Machine and HumanScience，Nagoya，1995:39-43[5]龚纯，王正林.精通MATLAB最优化计算[M].北京：电子工业出版社，2015:125-142[6]李万祥.工程优化设计与M ATLAB实现[M].北京，清华大学出版社，2010:270-312[7]唐湘民.Autodesk有限元分析和运动仿真详解[M].北京：机械工业出版社，2009The research of optimal design of frame and shearwall structure based on the energy criterionLU Qiao-ling，ZHANG Tao(Zhejiang Guangsha Professional Construction Technical College，Zhejiang Dongyang 322100，China )Abstract:Establish the optimal mathematical models of frame-shear wall structure about positions of shear walls based on energy principles，solve the mathematical model with particle swarm optimization algorithm pointed the discrete variable generalized0-1 program problem for the position of shear walls，conduct the modal analysis and digital analogy by the inventor software.The results show that the particle swarm optimization algorithm for optimal design of positions for shear walls in frame-shear wall structure is effective，provide a feasible method for reasonable design of reinforced concrete frame structure.Key words：energy criterion;frame-shear wall structure;generalized0-1 program;particle swarm algorithm;digital analogy。
