考虑二阶振型的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

随着高层建筑高度的增加和自振频率的降低,二阶振型对高层建筑风振响应的贡献增大。通过大量算例分析了二阶振型对高层建筑横风向风振响应的贡献,计算结果表明,二阶振型对超高层建筑横风向动力位移响应的贡献较小,但是对高层建筑横风向加速度响应的贡献不容忽视,在对超高层建筑抗风舒适度评估时,应该考虑二阶振型的贡献。在此基础上,基于风洞试验数据和随机振动理论,建立了考虑二阶振型贡献的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算式。将提出的简化式计算结果与积分计算结果比较,其误差在5％以内,证明了该计算式具有较高的精度。     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

框剪结构简化振型及在高层建筑风振计算中的应用

根据高层建筑框架剪力墙结构体系的理论振型论证并归纳出控制框剪结构各阶振型形状的参数-结构刚度特征值λ;通过对与不同λ值相对应的理论基本振型曲线族进行非线性拟合,得出适用于高层建筑基本振型的简化模型,并给出通过结构刚度特征值λ计算振型幂指数β的简化方法;最后,将简化振型应用到三栋有代表性的高层建筑的风振计算中。研究结果表明,运用简化振型进行高层建筑风振计算,能更为准确地反映不同结构体系的振型形状对风荷载以及结构风致响应计算结果的影响,提高风荷载和结构风致响应的计算精度,且振型表达式简单实用。     

矩形高层建筑结构扭转风振反应的分析计算

本文应用结构随机振动理论,根据扭转运动方程提出了一个矩形高层建筑扭转风振反应的计算方法供参考。计算时同时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明,在设计风速时,结构角点处的切向加速度值小于横风向加速度值与顺风向加速度值。建筑物各表面上脉动风压之间的互相关对结构风振扭转的影响可以忽略不计。用作者提出的方法针对两个具体的工程实例计算了风振反应,并与日本规范公式及加拿大西安大略大学公式的计算结果作了对比。     

考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅱ)

对考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同。考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩—土—结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考。     

考虑桩—土—结构相互作用时高层建筑风振响应分析(Ⅰ)

对考虑桩-土-结构相互作用时高层建筑顺风向风振响应的计算问题而言,由于桩土系统的影响,整个结构体系的动力特性较刚性地基的情形有了很大的不同.考虑到影响高层建筑风振响应的参数往往是综合性的,而非单参数的影响,采用相对刚度这一参数,对桩-土-结构相互作用时对结构顺风向风振响应的影响进行了研究,所得结论可供设计时参考.     

矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

750kV变电站构架柱顶避雷针及地线柱结构风洞试验研究

变电站构架柱顶避雷针及地线柱是对风荷载极为敏感的高耸结构,其风致振动破坏对变电站的安全运行影响很大。针对某750 kV变电站构架柱顶避雷针结构进行了气动弹性模型风洞试验,获得了模型结构的动力特性、高风速下顺风向风振响应和低风速下横风向风振响应以及结构的分段风振系数,经与现行相关设计规范的风振系数计算值、有限元时程分析数值对比,表明现行规范对这类结构的风振系数存在低估的风险。     

高层建筑顺风向响应规范计算及试验研究

作为对高层建筑起控制作用的风致振动,顺风向响应在抗风设计中尤为重要。多国风荷载规范均给出了典型的矩形断面形式的高层建筑顺风向响应计算方法,但不同的计算方法导致结果存在偏差。以某矩形高层建筑为例,基于风洞试验比较研究中国、美国及加拿大规范计算方法。研究表明:因平均风速定义的差异,中国风振系数取值要高于美国的阵风影响系数;相比频域法的计算结果,中国规范中采用的惯性风荷载法计算结果偏大;在相同风荷载作用下,中国和加拿大规范方法得到的顺风向最大位移响应值偏大,结构设计偏于保守。美国规范的计算结果相对偏小,相对偏于不安全;相比于加拿大阵风荷载因子法,中国惯性风荷载法风致响应偏小。     

薄壁空心高墩施工阶段顺风向风振响应分析

根据随机振动理论,分别利用频域法中的风振系数法和桥梁静阵风法计算了薄壁空心高墩施工阶段顺风向风振响应,通过对比分析两种计算结果,表明两种计算方法都适用于薄壁高墩施工阶段顺风向风振响应分析,误差很小,也为同类型结构计算提供了参考价值。     

受扰高层建筑的风致响应分析

受扰状态下高层建筑的静动力响应明显不同于单体建筑。以一实际姊妹塔楼为研究对象,根据风洞试验中获得的风压分布结果,计算塔楼结构的风致响应。风洞试验及结构响应计算不仅考虑了两栋塔楼同时存在的情况,还考虑一栋塔楼先期建成,另一塔楼尚未建造的情况。细致分析了不同风向下结构的平均及脉动位移响应、静动力干扰因子的特点。结果表明,施扰建筑位于受扰建筑正前方时具有最大的干扰效应,此时受扰塔楼的总位移峰值最小;而当受扰建筑处于施扰建筑下游时,在风向偏斜时,受扰塔楼的总位移峰值最大。     

高耸塔架横风向动力风效应

在现行的荷载规范、高耸结构设计规范以及能源部颁发的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（ＳＤＧＪ９４－９０）中,对格构式塔架的横风向风振力均未作考虑。作者通过对气动弹性模型风洞试验和国外现场实测资料的分析,论证格构式塔架具有几乎与顺风向等同的横风向风振力,以期在设计中引起足够的重视,并且根据试验结果提出了横风向风振力的简化计算公式。     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

The effect of amplitude-dependent damping on wind-induced vibrations of a super tall building

Full-scale measurements of wind effects on a 70 storey tall building have been conducted. The tall building that has a height of 367 m is the second tallest structure in Hong Kong. The amplitude-dependent characteristics of damping have been obtained by using the random decrement technique from the field measurements of acceleration responses. The objective of this study is to present detailed investigations into the effects of amplitude-dependent damping on the wind-induced responses of the super tall building based on the measured non-linear damping and wind action characteristics. An efficient and less time consuming digital simulation technique is developed to generate time series of turbulent wind loads acting on the tall building based on the measured wind speed records. The predicted dynamic responses of the building using the actual amplitude-dependent damping characteristics are compared with those computed by using constant damping parameters assumed by the structural designers or estimated from the field measurements in order to evaluate the adequacy of current design practices and to apply that knowledge to structural design of tall buildings. It is observed from this study that the effect of amplitude-dependent damping on the dynamic responses of such a super tall building is significant and knowledge of actual damping characteristics is very important in the accurate prediction of wind-induced vibrations of a tall building.     

高层住宅钢结构的风振特性与合理模型研究

以一幢103m高的高层住宅钢结构为案例,通过风洞模型试验和动力时程分析,获得了结构的风振位移和加速度响应.在风振分析中,构建了一种基于柔度概念并由柔度矩阵求逆形成刚度矩阵的结构简化计算模型,并与常用的剪切层模型进行了比较.结果显示,对于百米高的高层住宅钢结构,其风振位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应则会转由横风向控制,而扭转向响应也不可忽略;文中建立的简化计算模型与剪切层模型相比更具合理性.     

基于风洞试验的超高层建筑结构风振时程分析

目前超高层建筑结构风振分析常采用的是规范的简化理论方法和基于风洞试验方法频域方法．随着结构体型的复杂化或周边建筑对风场有明显干扰时，进行结构风振时程分析是更为简单直接有效的方法。本文通过编程实现生成风洞试验中风荷载时程数据并导入有限元分析软件进行结构的时程分析，获得整体结构位移、内力以及加速度时程等重要数据，为规范方法不适用的超高层建筑结构风振响应分析及舒适度评估提供了可行的方法。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

Alongwind static equivalent wind loads and responses of tall buildings. Part II: Effects of mode shapes

The reconsideration of the alongwind responses of tall buildings in part I is continued in the present paper. According to the literature to date, the effects of mode shape on the alongwind responses of tall buildings are taken to be negligible. In this paper, it is pointed out that only the effect of the first-mode displacement response has been included in the previous literature. Closed form expressions for the mode-shape correction are provided. The factor for the first-mode displacement response is in good agreement with that in the literature, and it can be neglected; but the factors for some other wind-induced responses, such as the base shear force, cannot be neglected. Finally a new correction procedure, which provides directly the static equivalent wind load, is developed.