生态复合墙结构体系是一种生态环保、节能保温、耗能减震的建筑结构新体系。通过十余年的不断创新和发展,目前该结构体系在多层以及中高层结构中的理论研究与工程应用均取得了较好的阶段性成果。然而作为一种新型结构,还有很多问题有待进一步研究探讨,特别是生态复合墙结构的多道抗震防线形成机理及结构优化设计等方面仍需要进一步研究。本文在课题组前期研究成果的基础上，围绕生态复合墙体合理破坏模式及结构优化设计方法开展研究工作,采取试验研究、理论分析及数值计算相结合的方法,着重对不同类型的生态复合墙体抗震性能、生态复合墙体基于协同工作的内力计算模型、生态复合墙体破坏模式及破坏路径、多层及中高层生态复合墙结构优化设计方法等方面进行研究,主要研究内容与成果如下:　　(1)对8榀1/2比例模型不同类型生态复合墙体(不同内填材料、不同框格划分、不同高宽比)进行伪静力试验,研究生态复合墙体受力特点和破坏机制,对比不同类型生态复合墙体的承载力、滞回特性、延性、强度退化、刚度退化和耗能等抗震性能。试验结果表明:发生剪切型破坏的生态复合墙体,其砌块、肋格与外框能够相互作用,共同受力,在试验的弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段依次发挥作用,具有多道抗震防线;不同内填材料、框格划分及高宽比直接影响生态复合墙体的受力特性及破坏模式。　　(2)根据生态复合墙体的受力特性,研究多层结构及中高层结构生态复合墙体在竖向及水平荷载作用下的协同工作性能。基于弹性地基梁理论提出同时适用于多层及中高层结构生态复合墙体在竖向荷载作用下的力学模型;结合多层及中高层结构生态复合墙体构造特点,分别建立多层及中高层结构生态复合墙体水平荷载作用下的墙体力学模型,求解结构的内力,定量地给出边框柱与复合墙板承担竖向及水平荷载的比例关系,并就其影响因素进行分析。　　(3)在试验研究的基础上，提出生态复合墙体破坏模式的主要分类;通过对墙体钢筋应变分析,揭示不同破坏模式墙体受力特征,并提出可应用于试验及数值分析的墙体破坏模式的简化判定标准;结合生态复合墙体内力及极限承载力计算模型,提出墙体破坏模式与破坏路径的判定方法,推导出墙体构件在破坏过程中各阶段内力、位移计算方法及计算公式,并进行试验验证。结果表明:本文提出的计算方法,能准确判定墙体最终的破坏模式,同时较好地描述生态复合墙体中复合墙板与边框柱受力发展与演变过程,具有计算简单,概念明确的特点。　　(4)基于优化设计理论,提出基于分部优化思想的多层生态复合墙结构优化设计方法及思路;根据生态复合墙体构造及受力特点,建立满足相关规程及墙体合理破坏模式要求的生态复合墙体单元造价最小优化设计数学模型;根据该数学模型特点,将标准遗传算法进行改进,提出基于增广拉格朗日函数适应度及自适应多位变异算子的改进遗传算法;并通过多层生态复合墙结构优化设计实例对优化结果进行了讨论。结果表明:本文提出的优化设计方法合理、可行,具有一定的工程实用意义。　　(5)在分析中高层生态复合墙结构优化设计特点的基础上，提出中高层生态复合墙结构的多级优化设计方法及思路,即将结构的优化设计分为整体刚度优化和单元优化两级。其中,整体刚度优化分两步进行,先进行结构侧移约束条件下的生态复合墙结构整体刚度优化设计,后基于分部优化思想进行生态复合墙体刚度优化设计,分别采用复合形法及改进遗传算法完成优化计算;以整体刚度优化结果作为初始值,进行局部强度及合理破坏模式约束下的生态复合墙体单元优化设计,采用改进遗传算法进行优化计算,重复上述两级优化到目标函数收敛为止;通过优化设计实例分析,介绍优化设计过程。分析结果表明:本文提出的优化设计方法能够产生一个合理的、可靠的及可操作性的结构设计。　　本文的主要创新之处在于:　　(1)建立基于协同工作的多层及中高层结构生态复合墙体内力计算模型,分别推导出复合墙板和边框柱在竖向及水平荷载作用下的内力计算表达式。　　结合前期及本文试验研究结果,在总结生态复合墙体在竖向及水平荷载作用下的受力特性的基础上，基于弹性地基梁理论,提出同时适用于多层及中高层结构生态复合墙体竖向荷载作用下的力学模型;结合多层及中高层结构生态复合墙体构造特点,分别建立多层及中高层结构生态复合墙体水平荷载作用下的墙体力学模型;根据变形协调原理,建立结构平衡微分方程,进而求解结构内力,定量给出复合墙板和边框柱承担竖向及水平荷载的比例关系。从理论上揭示了生态复合墙体中边框柱与复合墙板协同工作关系,为墙体破坏模式的判定及结构优化设计的实现提供了必要的理论基础。　　(2)基于不同破坏模式生态复合墙体受力特征深入分析,提出墙体破坏模式及破坏路径判定方法。　　在对不同类型生态复合墙体(不同内填材料、不同框格划分、不同高宽比)抗震性能试验研究的基础上，提出生态复合墙体破坏模式的主要分类,并通过对墙体钢筋应变分析,揭示不同破坏模式复合墙体受力特征,提出墙体破坏模式简化判别标准;在此基础上，提出墙体破坏路径及破坏模式的对应关系,结合墙体内力计算模型及极限承载力计算方法,提出生态复合墙体破坏模式及破坏路径判别方法,并分别推导出复合墙体、复合墙板及边框柱在破坏过程中各阶段的位移及所承担的水平荷载计算公式。该方法能较好地描述生态复合墙体中复合墙板与边框柱受力发展与演变过程,揭示了结构多道抗震防线形成机理,为生态复合墙体优化设计的实现提供必要的基础。　　(3)基于优化设计理论,并结合多层及中高层生态复合墙结构抗震设计计算特点,提出基于合理破坏模式的多层及中高层生态复合墙结构优化设计方法。　　提出基于分部优化思想的多层生态复合墙结构优化设计方法及思路;建立满足相关规程及墙体合理破坏模式要求的生态复合墙体单元造价最小优化设计数学模型。将标准遗传算法进行改进,提出基于增广拉格朗日函数适应度及自适应多位变异算子的改进遗传算法求解该数学模型。提出中高层生态复合墙结构多级优化设计方法及思路,将结构的优化设计分整体刚度优化和单元优化两级进行:先采用复合形法及改进遗传算法进行整体结构的刚度优化设计,后以整体刚度优化结果作为初始值,进行局部强度及合理破坏模式约束下的生态复合墙体单元优化设计,采用改进遗传算法进行优化计算。