随着我国经济和社会建设的不断发展深化,建筑业的发展发生了翻天覆地的变化,尤其是高层建筑在我国的城市化建设中得到了迅速发展。由于剪力墙结构具有强度大,抗侧作用强,安全整体性能好,室内空间不露梁柱、简洁平整等特征,越来越广泛地被应用于全国各地的高层建筑中。然而作为高层建筑主要结构体系之一的剪力墙结构,如何安全、合理、经济地布置剪力墙是结构设计人员现在面临的主要问题。目前规范对结构中剪力墙的布置没有具体统一的标准,工程设计人员往往根据自己的经验进行布置。一方面可能导致结构的计算结果不能够满足结构设计相关规范的规定,需要不断重复的设计调整,工作量加大;另一方面可能出于结构安全的要求,采用偏于保守的方法布置剪力墙,使得结构中剪力墙布置较多,结构刚度大,材料用量多,不利于节约工程成本,同时也提高了结构的地震作用。因此对剪力墙数量、位置以及尺寸上的优化布置设计研究以得出安全又经济的结构形式并探讨出剪力墙合理布置的思路,方法很有现实意义。本文研究的主要内容如下:(1)概述高层建筑的发展现况并介绍高层建筑中几种主要类型的结构体系以及各自特点。阐述剪力墙结构体系在我国高层建筑特别是住宅建筑中的发展必要性,明确剪力墙结构在我国高层建筑结构发展中的重要地位。此外对结构优化理论的研究现状、层次以及优化设计理论在剪力墙结构中的发展研究现状的介绍,说明结构优化在剪力墙结构设计中发展的可行和必要性。(2)概述剪力墙结构的分类原则和不同类别的剪力墙的受力特点,同时结合结构优化设计理论,阐述本文中所应用的结构优化的原则与步骤方法。(3)结合具体工程实例,通过剪力墙的数量和位置上的变化建立3种剪力墙布置的设计方案,方案之间具有一定层次性。然后利用有限元软件SATWE分别对这3种方案的结构模型进行计算,根据结构的计算结果对比分析各方案模型之间的动力特性、变形特性、内力特性和经济性,从而选择出优化的结构布置方案,并以此得出剪力墙合理布置的思路与方法。(4)结合实际的剪力墙结构工程,在保持其剪力墙平面布置一定的情况下,以剪力墙结构优化设计的影响因素(剪力墙的墙厚、混凝土的强度等级以及剪力墙结构的洞口率)作为设计变量,以剪力墙结构的性能变化(周期、最大层间位移角和地震剪力)作为目标函数,通过对各个结构模型的计算分析,总结出各因素的变化对剪力墙结构性能的影响作用。(5)在已经优化了的剪力墙布置方案的基础上,以剪力墙的洞口率和墙厚作为剪力墙结构设计再调整优化的对象。在减小剪力墙墙厚和增大结构周边剪力墙的洞口率的情况下,利用有限元软件SATWE计算对比分析结构设计调整前后的动力特性、变形特性、内力特性和经济性,得出更优化的剪力墙结构设计。(6)考虑上部结构与地基基础的共同作用,分析上部结构设计的改变对地基基础的影响作用,通过地基基础的变化影响特征论证结构优化设计的效果,从而做出结构优化设计方案的判断。