明置基礎(chǔ)高層建筑風(fēng)振時(shí)層狀半空間地基材料阻尼比的研究

某沿海超高層建筑高度達(dá)350m,高寬比達(dá)7.6,又處于浙江沿海地區(qū),風(fēng)荷載是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制荷載.數(shù)值模擬了不同風(fēng)向下超高層建筑底部平均風(fēng)合力和合力矩,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果相近,一般情況兩者差別不大于15%;同時(shí)擬合了該建筑表面的脈動(dòng)風(fēng)壓自譜密度和相干函數(shù)經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式,采用空間隨機(jī)風(fēng)振的cqc方法對(duì)塔樓進(jìn)行了風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析,并通過(guò)塔樓頂層峰值加速度響應(yīng)和底部靜力等效風(fēng)荷載合力和合力矩的比較與分析,表明高層建筑專(zhuān)用風(fēng)振分析方法在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性.

本文通過(guò)對(duì)在新上海國(guó)際大廈樓頂對(duì)\"云娜臺(tái)風(fēng)\"測(cè)得的風(fēng)資料進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)和分析,提出了此次臺(tái)風(fēng)的主要影響指標(biāo),與理論計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比,指出了平均風(fēng)壓與平均風(fēng)速的二次指數(shù)關(guān)系造成了風(fēng)荷載的過(guò)高估計(jì)。

本文提出了用斜拉彈簧阻尼器模型裝置控制高層建筑結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向隨機(jī)風(fēng)振反應(yīng)，基于傳統(tǒng)的隨機(jī)線性最優(yōu)控制理論，文中發(fā)發(fā)展了一種實(shí)用的等效準(zhǔn)是優(yōu)控制算法，優(yōu)化了控制裝置的各參數(shù)和設(shè)置位置，從而使與相應(yīng)主動(dòng)拉索控制基本等效的被動(dòng)斜拉彈簧阻尼控制得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)例模擬計(jì)算以及主動(dòng)和被動(dòng)拉索控制的結(jié)果比較表明，采用文中的控制方式和等效算法是行之有較的。

本文提出了用斜拉彈簧阻尼器模型裝置控制高層建筑結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向隨機(jī)風(fēng)振反應(yīng)，基于傳統(tǒng)的隨機(jī)線性最優(yōu)控制理論，文中發(fā)發(fā)展了一種實(shí)用的等效準(zhǔn)是優(yōu)控制算法，優(yōu)化了控制裝置的各參數(shù)和設(shè)置位置，從而使與相應(yīng)主動(dòng)拉索控制基本等效的被動(dòng)斜拉彈簧阻尼控制得以實(shí)現(xiàn)，實(shí)例模擬計(jì)算以及主動(dòng)和被動(dòng)拉索控制的結(jié)果比較表明，采用文中的控制方式和等效算法是行之有較的。

科技的發(fā)展與應(yīng)用，使高層建筑被普遍應(yīng)用，在設(shè)計(jì)高層建筑的時(shí)候，需要注意風(fēng)效應(yīng)對(duì)其的影響。既要滿足居住需求，又要滿足減少振動(dòng)的要求，一般高層建筑風(fēng)振控制有耗能減振系統(tǒng)、吸振減振系統(tǒng)、錨索控制、主動(dòng)控制與混合控制系統(tǒng)等。

該文設(shè)計(jì)了一種質(zhì)量和結(jié)構(gòu)阻尼比可調(diào)的底部彈性支撐剛性體的雙向擺式氣彈模型,并通過(guò)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)獲得模型頂部加速度響應(yīng)時(shí)程。運(yùn)用改進(jìn)的隨機(jī)減量技術(shù),識(shí)別了湍流場(chǎng)中強(qiáng)風(fēng)下方截面高層建筑橫風(fēng)向氣動(dòng)阻尼比。分析了風(fēng)場(chǎng)類(lèi)別、結(jié)構(gòu)阻尼比、均勻當(dāng)量質(zhì)量以及模型高寬比對(duì)橫風(fēng)向氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速變化規(guī)律的影響。最后提出了橫風(fēng)向氣動(dòng)阻尼比的經(jīng)驗(yàn)公式,并將引入氣動(dòng)阻尼比后的橫風(fēng)向響應(yīng)計(jì)算值與氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量值比較,證明了該氣動(dòng)阻尼比經(jīng)驗(yàn)公式的正確性和實(shí)用性。

推導(dǎo)設(shè)置出mtld高層建筑結(jié)構(gòu)的等效阻尼比,討論了影響mtld系統(tǒng)等效阻尼比的基本參數(shù)

在臺(tái)風(fēng)\"燦鴻\"、\"杜鵑\"影響期間,對(duì)溫州某矩形截面高層建筑進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),得到其頂層的風(fēng)速、風(fēng)向及多個(gè)樓層的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。將加速度數(shù)據(jù)經(jīng)emd處理,應(yīng)用era、era-next及ar三種方法,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)與氣動(dòng)阻尼動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算分析,結(jié)果表明:era、eranext和ar這3種方法得出的頻率值及振型都非常接近,頻率差值不超過(guò)2%,即均可以用計(jì)算頻率及分析判斷振型;但振型阻尼比結(jié)果卻不同,除一階振型的比較接近外,其它各階的數(shù)值都有一定程度偏差;在一定頻率段的振型結(jié)構(gòu)阻尼比擬合曲線中,柯西(caughey)阻尼模型(b=2時(shí))與sergiolagomarsino經(jīng)驗(yàn)曲線最為接近;一階振型氣動(dòng)阻尼比均為負(fù)值,且隨著風(fēng)速的增大,其值有減小的趨勢(shì),其中era、ar方法的斜率較為相似,而era-next方法的下降速率較為平緩。

在建立了設(shè)置被動(dòng)減振裝置的高層建筑風(fēng)振控制效果結(jié)構(gòu)等效阻尼比計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程提出了設(shè)置被動(dòng)減振裝置高層建筑風(fēng)振控制基于規(guī)范的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用本文方法對(duì)設(shè)置矩形ｔｌｄ的上海中環(huán)廣場(chǎng)超高層建筑的計(jì)算結(jié)果表明：本文方法具有簡(jiǎn)單、直觀，且可與常規(guī)的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行直接比較的特點(diǎn)，是風(fēng)振控制規(guī)范化的一種設(shè)計(jì)方法，完全可為廣大結(jié)構(gòu)工程師所接受。

推導(dǎo)了脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下考慮土-結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)的計(jì)算公式.算例表明土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)高層建筑風(fēng)振加速度響應(yīng)有明顯影響.一般而言,在軟土地基上土-結(jié)構(gòu)相互作用使高層建筑風(fēng)振時(shí)加速度增加,從而增加了人體的不舒適感,甚至有可能影響到高層建筑的使用功能,故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起重視.

建立了高層建筑風(fēng)振控制的離散時(shí)間狀態(tài)差分方程．利用離散隨機(jī)最優(yōu)控制理論，基于順向脈動(dòng)風(fēng)荷載的豎向相關(guān)性，設(shè)計(jì)了具有離散卡爾曼濾波器結(jié)構(gòu)的輸出反饋控制器．通過(guò)具體算例說(shuō)明在狀態(tài)不完全可知的情況下，隨機(jī)離散輸出反饋控制能有效的減少結(jié)構(gòu)的順向脈動(dòng)風(fēng)振反應(yīng)．

本文針對(duì)高層建筑風(fēng)振控制問(wèn)題,應(yīng)用基于遺傳算法優(yōu)化模糊規(guī)則庫(kù)的模糊控制方法,通過(guò)mr阻尼器實(shí)現(xiàn)減小高層建筑風(fēng)振反應(yīng)。采用雙輸入、單輸出的模糊控制策略,即以風(fēng)荷載和其變化率為輸入量,以mr阻尼器所提供的控制力為輸出量。利用基于遺傳算法的優(yōu)化的模糊規(guī)則庫(kù),根據(jù)作用模糊子集的推理方法進(jìn)行模糊推理運(yùn)算,并采用常用的重心法進(jìn)行解模糊處理。以某12層框架結(jié)構(gòu)為例,進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并與優(yōu)化前的模糊控制策略和lqr最優(yōu)控制策略進(jìn)行比較。數(shù)值分析結(jié)果表明,利用遺傳算法使優(yōu)化模糊規(guī)則庫(kù)得以?xún)?yōu)化,改善了模糊控制的效果,有效地減小了結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)。

以天津某超高層結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制為研究對(duì)象,分析了風(fēng)荷載的動(dòng)力特性.針對(duì)該工程的自身特點(diǎn)提出了設(shè)置粘滯阻尼器(a)、設(shè)置雙向調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(b)、設(shè)置粘滯阻尼器和雙向調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(c)的三種減振控制方案,采用具有三維空間相關(guān)性的自回歸過(guò)濾技術(shù),進(jìn)行了不同控制方案下的風(fēng)振控制動(dòng)力分析,對(duì)比分析了不同方案下的控制效果.結(jié)果表明:在特定的加強(qiáng)層處設(shè)置粘滯阻尼器及在頂層設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量阻尼設(shè)備均能夠耗散風(fēng)振作用輸入能量的30％以上,進(jìn)而有效衰減結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng),保證主體結(jié)構(gòu)的正常使用工作狀態(tài).依據(jù)分析結(jié)果對(duì)超高層結(jié)構(gòu)體系風(fēng)振控制的分析與設(shè)計(jì)提出了建議.

本文對(duì)以最小化頂層位移方差為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在頻域內(nèi)進(jìn)行增益優(yōu)化的兩種ａｔｍｄ完整反饋設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了對(duì)比分析。針對(duì)受ｄａｖｅｎｐｏｒｔ譜風(fēng)激勵(lì)作用的ｓｄｏｆ結(jié)構(gòu)情形，對(duì)一超高層建筑進(jìn)行數(shù)值分析以量化和評(píng)價(jià)控制性能。分析表明，完整反饋控制ⅱ總體性能優(yōu)于完整反饋控制ⅰ，所設(shè)計(jì)的ａｔｍｄ能更有效地抑制高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)。此外，完整反饋控制ⅱ具有明確的物理意義和靈活的形式，便于針對(duì)不同的激勵(lì)和響應(yīng)狀況設(shè)計(jì)變?cè)鲆婵刂?，提高控制效率及滿足控制力和行程的實(shí)際限制。

引入橫風(fēng)力譜模型,分析了某高寬比為6的方形截面高層建筑在不同地貌和風(fēng)速條件下的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng).同時(shí)考慮正氣動(dòng)阻尼的影響,獲得該建筑在不同自振基頻下的風(fēng)振響應(yīng)及氣動(dòng)阻尼影響的規(guī)律.分析結(jié)果表明,對(duì)于處于低粗糙度地貌并受較高風(fēng)速作用的低頻建筑物,當(dāng)計(jì)算其橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)時(shí),應(yīng)適當(dāng)考慮正氣動(dòng)阻尼的影響,使計(jì)算結(jié)果更具真實(shí)性.

采用經(jīng)過(guò)fft算法改進(jìn)的諧波疊加法(waws)及自回歸(ar)模型的線性濾波法對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程模擬.對(duì)2種算法所模擬的風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行分析,結(jié)果顯示了風(fēng)速功率譜及相關(guān)函數(shù)的特性,分析結(jié)果說(shuō)明ar模型中模型階次及時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)風(fēng)速時(shí)程產(chǎn)生較大影響.根據(jù)結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)恿Ψ治?采用能量相等的原則,即使結(jié)構(gòu)固有頻率段內(nèi)的目標(biāo)譜和模擬譜能量相等,對(duì)風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行修正,使模擬風(fēng)速時(shí)程更趨合理.

基于浙江溫州市區(qū)某方形高層建筑在不同臺(tái)風(fēng)下原型實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),應(yīng)用單輸入多輸出的era-next理論方法,對(duì)影響氣動(dòng)阻尼比的諸多因素進(jìn)行綜合對(duì)比分析研究。結(jié)果表明:隨著平均風(fēng)速的增加,速度、加速度均方根也沿著冪函數(shù)增加；在小折減風(fēng)速范圍內(nèi)(小于1.0),氣動(dòng)阻尼比與折減風(fēng)速、加速度(速度)均方根與幅值比值的關(guān)系也不是純粹單調(diào)的,而是分區(qū)間增減變化,雖然四個(gè)臺(tái)風(fēng)的區(qū)間范圍稍有不同,但變化規(guī)律卻比較相似,而且其曲線數(shù)值大小的排列與風(fēng)向角大小具相關(guān)性；x,y向氣動(dòng)阻尼比與結(jié)構(gòu)加速度功率譜幅值的關(guān)系具有相似規(guī)律。

對(duì)板片空間結(jié)構(gòu)體系用于高層建筑結(jié)構(gòu)情況下結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,動(dòng)力及抗震,風(fēng)載反應(yīng)等進(jìn)行了研究,并與一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較,分析結(jié)果表明板片空間結(jié)構(gòu)高層建筑具有受力合理,自重輕,抗震性能較好和基礎(chǔ)工程的費(fèi)用較少的優(yōu)點(diǎn)。

高層建筑風(fēng)振舒適度已受到普遍關(guān)注,目前常采用規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式和風(fēng)洞模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)計(jì)算。但隨著結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜化及采用附加阻尼器減振技術(shù)的日益廣泛化,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的風(fēng)振時(shí)程分析是更為簡(jiǎn)單直接和準(zhǔn)確的分析方法。本文采用自回歸濾波法技術(shù),考慮三維空間相關(guān)性,對(duì)具有隨機(jī)性的脈動(dòng)風(fēng)荷載進(jìn)行有效的模擬;通過(guò)編制軟件生成風(fēng)壓時(shí)程數(shù)據(jù)并自動(dòng)輸出至結(jié)構(gòu)有限元軟件進(jìn)行風(fēng)振時(shí)程分析,為高層建筑的風(fēng)振控制分析提供了可行的方法;最后,將該風(fēng)動(dòng)力荷載數(shù)值模擬技術(shù)與動(dòng)力時(shí)程分析技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行算例分析驗(yàn)證,經(jīng)過(guò)對(duì)比研究表明該風(fēng)振時(shí)程分析方法可應(yīng)用于工程分析與設(shè)計(jì)。

隨著城市人口的逐漸增多，給我國(guó)城市帶來(lái)了許多影響，為了解決人口密集而住宅土地少的矛盾問(wèn)題，在城市規(guī)劃中有越來(lái)越多的高層建筑出現(xiàn)。本文以高層建筑設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，研究了高層建筑與城市空間相契合的相關(guān)問(wèn)題。先分析了城市空間與高層建筑設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)性，之后從高層建筑設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究了建筑設(shè)計(jì)與城市空間相契合的基本路徑，希望能對(duì)相關(guān)人員工作有所幫助

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采用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法和有限元與無(wú)界元耦合分析高層建筑地基空間體系的地震響應(yīng)。分析和模擬計(jì)算表明，無(wú)界元在模擬地基問(wèn)題上具有很大優(yōu)越性，不但具有較高的計(jì)算精度，而且節(jié)省機(jī)時(shí)，在柔性地基上設(shè)計(jì)高層建筑考慮結(jié)構(gòu)與地基的相互作用更經(jīng)濟(jì)合理。