氣動阻尼對高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的影響

隨著建筑高度的增加,結(jié)構(gòu)自振周期延長,抗側(cè)剛度相對變小,風(fēng)荷載效應(yīng)增大。本文以200m高的高層建筑為研究對象,基于風(fēng)洞試驗所得的橫風(fēng)向風(fēng)壓時程數(shù)據(jù)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計算。試驗?zāi)Ｐ涂s尺比為1/400。試驗取風(fēng)向角從0°到45°,每級風(fēng)向角增量為5°,模擬了兩種地面粗糙度。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了迎風(fēng)面和背風(fēng)面氣動效應(yīng)的分析?？紤]結(jié)構(gòu)第一模態(tài)振型發(fā)生的位移,由振型分解法按duhamel積分獲得了結(jié)構(gòu)頂點位移和頂點加速度,探討了結(jié)構(gòu)響應(yīng)最大值和標(biāo)準(zhǔn)差與風(fēng)向角、結(jié)構(gòu)自振基頻、地面粗糙度等因素的關(guān)系。研究表明:風(fēng)荷載效應(yīng)與風(fēng)向角有密切的聯(lián)系,結(jié)構(gòu)最大響應(yīng)一般發(fā)生在0°。

首先介紹了3種較為常見的脈動風(fēng)相干函數(shù)表達(dá)形式,然后基于隨機(jī)振動理論在頻域內(nèi)推導(dǎo)了高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的無量綱化解析式,在此基礎(chǔ)上對采用不同脈動風(fēng)相干函數(shù)所得到的高層結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,不同脈動風(fēng)相干函數(shù)對結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在共振響應(yīng)部分,采用不考慮頻率項的相干函數(shù)所得到的風(fēng)振響應(yīng)分析結(jié)果要偏大60%左右。最后,對中國荷載規(guī)范給出的脈動影響系數(shù)ν計算提出了應(yīng)乘以0.6~0.7折減系數(shù)的建議。

作為對高層建筑起控制作用的風(fēng)致振動；順風(fēng)向響應(yīng)在抗風(fēng)設(shè)計中尤為重要.多國風(fēng)荷載規(guī)范均給出了典型的矩形斷面形式的高層建筑順風(fēng)向響應(yīng)計算方法；但不同的計算方法導(dǎo)致結(jié)果存在偏差.以某矩形高層建筑為例；基于風(fēng)洞試驗比較研究中國、美國及加拿大規(guī)范計算方法.研究表明:因平均風(fēng)速定義的差異；中國風(fēng)振系數(shù)取值要高于美國的陣風(fēng)影響系數(shù)；相比頻域法的計算結(jié)果；中國規(guī)范中采用的慣性風(fēng)荷載法計算結(jié)果偏大；在相同風(fēng)荷載作用下；中國和加拿大規(guī)范方法得到的順風(fēng)向最大位移響應(yīng)值偏大；結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于保守.美國規(guī)范的計算結(jié)果相對偏??；相對偏于不安全；相比于加拿大陣風(fēng)荷載因子法；中國慣性風(fēng)荷載法風(fēng)致響應(yīng)偏小.

本文提出用可調(diào)液體－質(zhì)量阻尼器控制高層建筑側(cè)移與扭轉(zhuǎn)風(fēng)振響應(yīng)的設(shè)計與計算方法，分析結(jié)果表明，被動可調(diào)液體－質(zhì)量阻尼器能夠有交地減小高層建筑的三維耦聯(lián)風(fēng)振響應(yīng)，是一種有實用價值的結(jié)構(gòu)控制裝置。

高層建筑的順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度研究——根據(jù)性能設(shè)計的要求，高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計需要考慮人員舒適性要求。本文提出了用于結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)分析的廣義脈沖響應(yīng)函數(shù)法，用來計算隨機(jī)激勵和結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的傳遞函數(shù)，這樣就可以計算高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作...

基于某典型高層建筑詳細(xì)的風(fēng)洞試驗結(jié)果,計算分析了該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)等效靜風(fēng)荷載及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),與前期的風(fēng)洞試驗結(jié)果相對比,評估了不同風(fēng)洞試驗條件和周邊建筑對試驗結(jié)果的影響,獲得的結(jié)果可以用于此結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計以及居住者舒適度評估。

高層建筑的等效設(shè)計風(fēng)荷載與風(fēng)振響應(yīng)研究——基于某典型高層建筑詳細(xì)的風(fēng)洞試驗結(jié)果，計算分析了該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)等效靜風(fēng)荷載及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng)，與前期的風(fēng)洞試驗結(jié)果相對比，評估了不同風(fēng)洞試驗條件和周邊建筑對試驗結(jié)果的影響，獲得的結(jié)果可以用于此結(jié)構(gòu)...

按通常的方法將高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載及風(fēng)致響應(yīng)分解為平均、背景和共振三部分。在合理簡化的基礎(chǔ)上提出了形式簡單、與響應(yīng)類型無關(guān)的背景和共振等效風(fēng)荷載和響應(yīng)的簡化計算公式。兩個典型數(shù)值算例的計算表明,該法精度很高,是一種很好的實用計算方法。

該文設(shè)計了一種質(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,并通過氣彈模型風(fēng)洞試驗獲得模型頂部加速度響應(yīng)時程。運用改進(jìn)的隨機(jī)減量技術(shù),識別了湍流場中強風(fēng)下方截面高層建筑橫風(fēng)向氣動阻尼比。分析了風(fēng)場類別、結(jié)構(gòu)阻尼比、均勻當(dāng)量質(zhì)量以及模型高寬比對橫風(fēng)向氣動阻尼比隨折算風(fēng)速變化規(guī)律的影響。最后提出了橫風(fēng)向氣動阻尼比的經(jīng)驗公式,并將引入氣動阻尼比后的橫風(fēng)向響應(yīng)計算值與氣彈模型風(fēng)洞試驗測量值比較,證明了該氣動阻尼比經(jīng)驗公式的正確性和實用性。

一般復(fù)雜高層建筑的質(zhì)量中心和剛度中心不重合,由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)平扭耦合響應(yīng)。隨著高度的增加,高層建筑結(jié)構(gòu)對風(fēng)的作用愈加敏感,作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要荷載。本文對具有剛度偏心的高層建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行研究,通過有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):風(fēng)作用于高層建筑結(jié)構(gòu)時,結(jié)構(gòu)剛度中心的偏移對結(jié)構(gòu)響應(yīng)有明顯的影響。

文章以某超高層建筑為工程背景,利用etabs9.7軟件模擬了該層結(jié)構(gòu)所受的脈動風(fēng)速過程,進(jìn)行了不同風(fēng)壓影響下的風(fēng)振響應(yīng)分析,模擬了5種非線性黏滯阻尼器的振動控制方案,并對不同方案的減振效果做出了對比分析。研究結(jié)果表明,該工程減振方案所用的黏滯流體阻尼器性能穩(wěn)定,可以有效降低結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動響應(yīng),結(jié)構(gòu)頂點位移和加速度響應(yīng)的降幅最大達(dá)35.25%和37.50%。

建筑物門窗開啟后形成開孔房屋,大跨度柔性屋蓋結(jié)構(gòu)在內(nèi)外壓共同作用下表現(xiàn)出顯著的流固耦合特性,氣動阻尼在開孔前后屋蓋結(jié)構(gòu)的振動中將發(fā)生改變。本文結(jié)合風(fēng)洞模型試驗,聯(lián)合采用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法、隨機(jī)減量法和希耳伯特變換法對一大跨屋蓋風(fēng)致振動的氣動阻尼進(jìn)行識別。運用這一方法分別識別出大跨柔性屋蓋在四周封閉和迎風(fēng)面開孔兩種狀態(tài)下的氣動阻尼。在此基礎(chǔ)上對本模型屋蓋進(jìn)行的風(fēng)振響應(yīng)計算表明,氣動阻尼有效地抑制了屋蓋風(fēng)振,考慮氣動阻尼影響的數(shù)值計算與試驗結(jié)果吻合得較好,說明本文采用的聯(lián)合方法能有效地識別柔性屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)中的氣動阻尼。

在同濟(jì)大學(xué)tj2邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行了上海環(huán)球金融中心氣動彈性模型的風(fēng)洞試驗,分析了距離較遠(yuǎn)且高度約為環(huán)球金融中心一半的周邊建筑以及距離較近且高度與環(huán)球金融中心相當(dāng)?shù)慕鹈髲B對環(huán)球金融中心頂部平動和轉(zhuǎn)動平均位移、均方根位移和絕對最大加速度的干擾效應(yīng).結(jié)果表明:當(dāng)高層密集建筑群(不考慮金茂大廈)集中在上游或上游偏一側(cè)時,會對平均值和均方根有一定的影響,特別是扭轉(zhuǎn)響應(yīng),當(dāng)高層密集建筑群集中在下游時,影響很小;當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心的上游或上游稍偏一側(cè)時,會減小環(huán)球金融中心的平動平均位移響應(yīng),表現(xiàn)為擋風(fēng)效應(yīng),其尾流會增大環(huán)球金融中心的平動均方根位移響應(yīng),而當(dāng)遮擋效應(yīng)使得平均或脈動壓力在形心軸兩側(cè)分布不均時會增大轉(zhuǎn)動平均或均方根位移響應(yīng).與以往研究不同的是,當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心下游或下游偏一側(cè)時,會改變環(huán)球金融中心的漩渦脫落頻率,當(dāng)漩渦脫落頻率和結(jié)構(gòu)第一階固有頻率接近時,會在該頻率振動方向產(chǎn)生顯著的渦激共振現(xiàn)象.當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心一側(cè)時會產(chǎn)生狹道效應(yīng)(穿堂風(fēng)),可能會對水平和扭轉(zhuǎn)的平均和均方根位移響應(yīng)產(chǎn)生影響,視狹道方位和壓力分布狀況而定.

1 七、高層建筑（高聳結(jié)構(gòu)）的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動 i.概述 順風(fēng)向和橫風(fēng)向 順風(fēng)向---抖振機(jī)制 橫風(fēng)向---機(jī)制復(fù)雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動彈性） 研究方法 順風(fēng)向： (1)平均風(fēng)壓（整體型系數(shù)）----準(zhǔn)定常風(fēng)力----隨機(jī)振動方法計算--- 振動響應(yīng) (2)同步測壓----脈動風(fēng)力分布---隨機(jī)振動方法計算---振動響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (3)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動響應(yīng)計算 (4)氣動彈性模型試驗----直接獲得振動響應(yīng) 橫風(fēng)向： (1)同步測壓----脈動風(fēng)力分布---隨機(jī)振動方法計算---振動響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (2)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動響應(yīng)計算 (3)氣動彈性模型試驗----直接獲得和振動響應(yīng) ii、高層建筑風(fēng)壓分布特性 2．1概述

精品文檔 精品文檔 七、高層建筑（高聳結(jié)構(gòu)）的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動 i.概述 順風(fēng)向和橫風(fēng)向 順風(fēng)向---抖振機(jī)制 橫風(fēng)向---機(jī)制復(fù)雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動彈性） 研究方法 順風(fēng)向： (1)平均風(fēng)壓（整體型系數(shù)）----準(zhǔn)定常風(fēng)力----隨機(jī)振動方法計算--- 振動響應(yīng) (2)同步測壓----脈動風(fēng)力分布---隨機(jī)振動方法計算---振動響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (3)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動響應(yīng)計算 (4)氣動彈性模型試驗----直接獲得振動響應(yīng) 橫風(fēng)向： (1)同步測壓----脈動風(fēng)力分布---隨機(jī)振動方法計算---振動響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (2)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動響應(yīng)計算 (3)氣動彈性模型試驗----直接獲得和振動響應(yīng) ii、高層建筑風(fēng)壓分布特性

超高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)及等效靜風(fēng)荷載研究——為避免中國現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(gb50009-2001)中所采用的風(fēng)振系數(shù)僅考慮結(jié)構(gòu)的1階振型，而不考慮周圍環(huán)境影響對體型不規(guī)則超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計造成的不合理性，采用風(fēng)洞試驗與風(fēng)振動力響應(yīng)計算分析相結(jié)合的...

對于某些超高層建筑,其橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)甚至超過順風(fēng)向而成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制性因素。為研究橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的時程特性及變化規(guī)律,基于橫風(fēng)向脈動力譜,考慮風(fēng)力的豎向相干性,通過諧波合成法模擬橫風(fēng)力時程,在時域內(nèi)求解分析某超高層鋼筋混凝土建筑橫風(fēng)向的風(fēng)振響應(yīng)。分析時考慮地貌、來流風(fēng)速以及結(jié)構(gòu)基頻的變化,探討各因素對風(fēng)振響應(yīng)的影響規(guī)律,為超高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計提供參考依據(jù)。

從懸臂梁振動理論出發(fā),討論了高層建筑風(fēng)響應(yīng)的計算以及在風(fēng)洞中利用高頻天平測量高層建筑風(fēng)荷載的原理,并進(jìn)一步分析討論了沿建筑物高度分布的平均風(fēng)力、脈動風(fēng)力、風(fēng)致振動慣性力以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的等效靜態(tài)風(fēng)荷載的確定問題,指出了所提方法的局限性和應(yīng)用范圍,可為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的風(fēng)荷載確定提供參考.分析結(jié)果表明,求沿高層建筑高度分布的等效靜態(tài)風(fēng)荷載的方法適用于順風(fēng)向風(fēng)力,在應(yīng)用于橫風(fēng)向風(fēng)力時由于渦脫落力的影響有理論誤差.

為了降低強風(fēng)對高層建筑頂部結(jié)構(gòu)飄板幕墻的損壞，延長其使用壽命，對強風(fēng)下高層建筑頂部結(jié)構(gòu)飄板幕墻風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了仿真實驗。采用風(fēng)振響應(yīng)譜的分析方法對飄板幕墻的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了分析。通過對8種強風(fēng)的風(fēng)速譜、建筑物高度和飄板幕墻梁的剛度這三個變量下獲得的飄板幕墻風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)振系數(shù)的實驗分析，能夠得出以下結(jié)論：（1）在不同的風(fēng)速譜下實驗得到的飄板幕墻風(fēng)振響應(yīng)與風(fēng)振系數(shù)的值存在較大的差異；（2）建筑物高度的不同，飄板幕墻的風(fēng)振響應(yīng)也不同；（3）飄板幕墻的風(fēng)振響應(yīng)受到結(jié)構(gòu)梁剛度的影響較大，而其風(fēng)振系數(shù)受到結(jié)構(gòu)梁剛度的影響極小。實驗結(jié)果為高層建筑頂部結(jié)構(gòu)飄板幕墻的設(shè)計提供了重要的參考。

高層隔震建筑風(fēng)振響應(yīng)研究——本文對比分析了高層隔震建筑和高層非隔震建筑的風(fēng)振響應(yīng)，并重點分析了高層隔震風(fēng)振響應(yīng)特點。首先，根據(jù)鉛芯橡膠隔震支座和上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點，分別建立了高層隔震和高層非隔震的空間有限元模型；其次，基于引入時間抽取快速離散...

大型超高層建筑結(jié)構(gòu)具有自由度數(shù)龐大、小阻尼及振型密集等特點,針對傳統(tǒng)方法在處理大型復(fù)雜實際結(jié)構(gòu)受多點隨機(jī)激勵中存在計算效率比較低或精確性不高等不足,提出了基于虛擬激勵法的復(fù)雜超高聳結(jié)構(gòu)的隨機(jī)風(fēng)振響應(yīng)分析方法.運用虛擬激勵法將脈動風(fēng)荷載作用下的多點激勵轉(zhuǎn)化為簡諧虛擬激勵向量,并根據(jù)平穩(wěn)隨機(jī)理論推導(dǎo)出相應(yīng)風(fēng)振響應(yīng)的表達(dá)式,自動計入了多點風(fēng)激勵的空間相關(guān)性和振型間的相關(guān)性.以目前在建的深圳第一高樓——深圳金基大廈為算例,分析結(jié)果驗證了方法的有效性和準(zhǔn)確性,可以提高多點隨機(jī)激勵響應(yīng)的計算效率和精確度,在大型高層實際工程風(fēng)振響應(yīng)計算分析中有較強的實用價值.

通過風(fēng)洞試驗得到典型超高層建筑的橫風(fēng)向脈動風(fēng)荷載分布,將橫風(fēng)向脈動風(fēng)荷載作用分解為橫向紊流及旋渦脫落2種作用機(jī)理的共同作用,分析了橫風(fēng)向氣動力譜的構(gòu)成成分,并將分析結(jié)果與高頻動態(tài)測力天平的結(jié)果進(jìn)行了對比研究．結(jié)果表明:橫向紊流對橫風(fēng)向氣動力譜的貢獻(xiàn)較小,而旋渦脫落激勵對總橫風(fēng)向氣動力譜的貢獻(xiàn)較大;在不同風(fēng)場中這些貢獻(xiàn)量會發(fā)生改變．根據(jù)同步測壓試驗分解橫風(fēng)向氣動力譜的方法可以清楚地解釋超高層建筑橫風(fēng)向氣動力譜的構(gòu)成成分．