超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究

为避免中国现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性,采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响应。结果表明：由于周围建筑的干扰,顺风向、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同,其不利角度也与规范存在差异;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考。     

高耸结构顺风向响应研究

系统总结了高耸结构顺风向响应的国内外研究成果。首先介绍了结构顺风向响应研究发展概况,其次着重介绍了在平均风和脉动风作用下的等截面与变截面高耸结构的顺风向响应的计算公式,最后总结了高耸结构在顺风向风力作用下荷载风振系数和位移风振系数的计算公式。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

高层建筑顺风向风振系数研究分析

以具体工程为例,采用线性滤波法模拟了顺风向脉动风场,在时域内计算了高层建筑结构风振响应,并对位移阵风荷载因子法、惯性风荷载法和荷载规范法所计算的风振系数进行了对比分析,以供参考。     

结构顺风向风振的规范表达式及有关问题的分析

基于结构随机振动理论 ,可导出顺风向风振时各类风响应。对于响应以第 1振型为主的高耸结构等结构 ,常以先求风振系数再求各类风响应较为方便。风振系数国内外有不同的表达式。结合我国荷载规范风振系数表达式 ,可推出与Davenport风振系数完全相同的表达式 ,以及任何其他表达式。对在应用结构随机振动理论推导时常见的错误加以分析。展望了 2 1世纪风振研究的发展和变化     

考虑二阶振型的高层建筑顺风向风振响应简化计算

为评估高层建筑风振的舒适度,应建立简单实用的结构风振响应计算方法。而我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的高层建筑顺风向风振响应简化计算方法没有考虑二阶振型的贡献。基于准定常理论,采用频域法进行了考虑二阶振型贡献的高层建筑顺风向风致响应评估,并分析了二阶振型对结构风致响应的贡献。结果表明：二阶振型对高层建筑顺风向动力位移响应的贡献一般在2%以内,但对顺风向动力加速度响应的贡献最大能达到18%。在评估结构顺风向风振加速度响应时,二阶振型的贡献不能忽略。在此基础上,推导了考虑二阶振型的对称等截面高层建筑顺风向风振响应简化计算方法。将此简化方法得到的结果与频域法和规范公式得到的结果进行对比,其误差在5%以内,表明简化公式具有较好的精度和适用性。     

火炬系统塔架的风振响应分析及风振系数

采用有限元法对火炬系统的塔架进行了固有振动分析,得到结构基本周期;并与采用STADDPRO/CHINA计算软件、CEC FASTEEL SUITE计算软件、规范给定的计算公式算得塔架结构的基本周期对比.结果表明,三种计算软件分析的结果非常接近,而规范给定的计算公式结果不同.进而,分别采用AR模型和小波分析模型模拟脉动风荷载,对塔架进行风振响应分析,获得不同高度处各节点的位移及加速度响应,统计了风振系数取值,并与现行规范进行比较,为实现将塔架结构风振响应简化成静力分析提供一个初步的研究方法.     

高层隔震建筑风振响应研究

本文对比分析了高层隔震建筑和高层非隔震建筑的风振响应,并重点分析了高层隔震风振响应特点。首先,根据铅芯橡胶隔震支座和上部结构的力学特点,分别建立了高层隔震和高层非隔震的空间有限元模型;其次,基于引入时间抽取快速离散傅立叶变换的谐波叠加法,使用Matlab编程语言模拟出高层建筑空间相关脉动风速,把所模拟出的风荷载施加到隔震与非隔震三维空间有限元模型的相应节点上,对比分析隔震和非隔震建筑风荷载响应特点,并建议了高层隔震建筑抵抗风荷载应采取的措施。     

网壳结构的风振响应频域分析法

网壳结构跨度大、重量轻、自振周期长,和高层、高耸、悬索结构一样属风敏感性结构。目前频域方法、时域方法以及离散随机振动法是风振响应计算的三类具体方法。本文主要推导了网壳结构的风振响应频域分析法;根据推导过程编制了MATLAB程序,用所编程序对一K6-5凯威特型单层球面网壳进行了算例分析。     

Y形截面超高层建筑结构风致响应研究

对某Y形截面超高层建筑进行高频天平测力风洞试验,研究该建筑在单体和群体工况下的结构风致响应.结果表明:单体工况与群体工况下该建筑基底弯矩、等效静风荷载、楼层剪力和等效体形系数的变化规律基本一致;单体工况下该建筑的基底弯矩极大值及各楼层剪力均大于群体工况下的结果,但2种工况下的等效静风荷载分布较接近;除塔冠外,按规范计算...     

武汉某超高层建筑静动力风荷载分析

以武汉一幢超高层钢筋混凝土剪力墙结构为研究对象,利用SAP2000结构分析软件,建立该结构的分析模型,分析了结构的动力特性以及结构在设计风荷载作用下的反应,并根据随机振动理论分析结构的风振响应。     

超高层建筑整体钢平台模板体系风振响应区间分析

整体钢平台模板体系是适应超高层建筑主体施工需要的新型模板体系,在我国有广泛的应用前景。超高层建筑高度大、施工周期长,模板体系受风荷载影响较大,对模板体系的风振响应进行分析有利于保证其使用安全。通过建立整体钢平台模板体系和建筑结构共同工作的分析模型,考虑建筑结构刚度的不确定性,以矩阵摄动理论为基础,采用子区间分析法求解整个体系在脉动风作用下的动力响应,结果表明,模板体系动力响应的不确定性较大。     

温州东海广场超高层建筑三维风振分析

温州东海广场是高200m的超高层建筑,风荷载是其结构设计的控制荷载之一。进行了刚性模型同步测压风洞试验,以此为基础,根据随机振动原理,考虑了风力相关性及振型耦合,对温州东海广场超高层建筑进行了风振响应分析,计算得到36个风向角下的风致响应和等效静力风荷载。计算结果表明,温州东海广场工程主塔楼Y轴方向的风荷载大于X轴方向风荷载,80°风向角为不利风向;角点和质心位置的合加速度响应均小于0.15m/s2,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)顶点最大加速度限值的要求。     

超高层建筑三维风致响应时程分析

进行了某复杂体形超高层建筑顺风向、横风向及扭转风致振动时程分析,用每层质量集中于楼板并视之为刚片的高层建筑层间结构模型代替精细有限元模型。计算结果显示结构位移响应以1阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要;对于质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小。     

某景观烟囱顺风向风振响应分析与风振系数确定

采用SAP2000软件建立了某景观烟囱的结构分析模型,输入风荷载时程进行风振响应分析。考虑了烟囱复杂外形和不规则质量分布,利用频域方法计算了烟囱第1阶振型的风振位移响应,并与时域方法的结果进行对比,二者吻合较好。分别采用阵风荷载因子法和惯性风荷载法计算了烟囱结构不同高度处的风振系数,并将基于该两种风振系数的等效静力风荷载分别作用在烟囱结构上,计算其顺风向位移响应并与精确值进行比较,结果表明其位移分布均符合真实响应。因此虽然上述两种方法得到的风振系数沿高度分布差别较大,但均能实现烟囱的风振位移等效,均是合理的。为工程应用方便,采用基于阵风荷载因子法的风振系数供结构设计使用。     

桩-土-结构相互作用对高层建筑顺风向风振响应的影响

推导了高层建筑在脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时其顺风向风振响应的计算公式，通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振响应有明显的影响。一般而言，在结构的风振响应分析中，考虑相互作用并不总是安全的，在土中阻尼较小时，考虑相互作用后，结构弹性位移有可能会大于刚性地基的弹性位移，而结构总响应的幅值总是大于刚性基础时响应的幅值，结构越是高柔，该现象越为明显，考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此，在高层建筑的风振响应分析中应当综合考虑桩-土-结构相互作用的影响。     

塔冠对方形超高层建筑顺风向基底弯矩的影响研究

高层建筑顶部塔冠形状多样,其对建筑整体气动力的影响目前尚不明确。为此,利用高频测力天平技术,在大气边界层风场下对19种不同顶部塔冠的方形截面超高层建筑进行了风洞试验,分析塔冠形状对超高层建筑顺风向基底弯矩系数值及顺风向基底弯矩功率谱的影响。讨论坡面变化、顶部开洞、阶梯变化和锥形变化等四大类塔冠形状对结构整体顺风向气动力的影响规律。试验结果表明：将坡面置于迎风侧能够降低顺风向基底弯矩系数值;相同开洞形状和面积时,顶部敞口开洞对降低顺风向基底弯矩平均值的效果优于闭口开洞;斜坡面阶梯塔冠对降低顺风向弯矩系数值的效果优于直坡面阶梯塔冠;上棱椎下棱台的棱椎式塔冠能够大幅减小顺风向基底弯矩系数平均值。塔冠能够改变顺风向基底弯矩功率谱峰值大小,棱锥形塔冠对降低顺风向弯矩功率谱峰值最为明显。     

3栋典型超高层建筑气动荷载特性及风振控制措施

广州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高银117大楼(TJ117)是位于不同地域和外形特征不同的超高层建筑,其建筑高度分别为432.00、441.80 m和596.25 m,风荷载和居住者的舒适性是影响这3栋建筑结构设计的重要因素。采用模型的风洞试验方法分析对比这3栋超高层建筑的气动荷载特性,采用局部空气动力学措施(LAS)对其风振响应和风致荷载进行控制,并和采用调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较。结果表明：TJ117具有最佳的气动外形,GWT相比最差是由于其在敏感风向斯托罗哈数最高导致在100 a重现期风速处于涡激共振状态,从而使得采用LAS在GWT上的减振效果最好,且在控制风致荷载上LAS的控制效果甚至要略好于TMD方法,LAS对于GWT的10 a重现期加速度的控制在无干扰情况下可以接近TMD的控制效果,即使受到东塔干扰作用,其控制效果仍可达到TMD控制效果的40.5%,相比TMD实施所需的高成本,LAS是一种较为经济易行的方法。