AR模型模擬超高層建筑脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程

針對(duì)傳統(tǒng)的諧波合成法模擬超高層建筑脈動(dòng)風(fēng)速場(chǎng)存在計(jì)算量大的問(wèn)題,提出了考慮互譜密度矩陣為復(fù)數(shù)矩陣的一般情況,使用插值精度較高的樣條插值技術(shù)來(lái)減少cholesky譜矩陣分解的次數(shù),再使用fft技術(shù)進(jìn)一步加快模擬計(jì)算速度的改進(jìn)諧波合成法。為了闡明改進(jìn)諧波合成法具有較好的模擬精度和較快的計(jì)算速度,運(yùn)用該方法模擬了一棟225m高的超高層建筑脈動(dòng)風(fēng)速場(chǎng),并與僅使用fft技術(shù)的諧波合成法即傳統(tǒng)諧波合成法的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。模擬結(jié)果的對(duì)比分析表明:盡管改進(jìn)后的諧波合成法對(duì)譜分解矩陣采用了插值近似措施,但模擬的隨機(jī)風(fēng)速樣本仍具有很好的精度,計(jì)算效率比傳統(tǒng)的諧波合成法有了較大的提高。

敘述了風(fēng)荷載的性質(zhì),采用線性濾波法中的ar模型,對(duì)中國(guó)鐵物大廈a座的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程進(jìn)行了模擬,通過(guò)對(duì)比模擬譜和目標(biāo)譜的吻合程度,驗(yàn)證了ar模型模擬脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程的有效性,由模擬得到的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程計(jì)算生成作用于結(jié)構(gòu)層的風(fēng)荷載時(shí)程,為風(fēng)振時(shí)程分析提供方便。

近年來(lái)大量超高層建筑結(jié)構(gòu)與風(fēng)荷載相關(guān)的研究工作相繼開展,取得了很多有意義的成果。文章以某超高層建筑為例進(jìn)行了研究,在隨機(jī)風(fēng)致振動(dòng)影響下,敘述了風(fēng)荷載特性與脈動(dòng)風(fēng)荷載的數(shù)值模擬方法。采用matlab軟件分析了結(jié)構(gòu)在x、y兩個(gè)不同方向在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的時(shí)程響應(yīng),為提高結(jié)構(gòu)的安全舒適使用性能以及為該結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和參考。

為對(duì)超限高層結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和抗震性能進(jìn)行深入研究,對(duì)一高寬比超限的復(fù)雜高層建筑進(jìn)行了1/15的模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研究了模型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和不同烈度地震作用下模型的加速度反應(yīng)、位移反應(yīng)、應(yīng)變反應(yīng)和扭轉(zhuǎn)效應(yīng),并根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果和相似關(guān)系反推到原形結(jié)構(gòu),研究了原形結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和破壞形式。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明,原形結(jié)構(gòu)的前三階振型周期分別為1.795s(y向平動(dòng)),1.72s(x向平動(dòng))和1.423s(整體扭轉(zhuǎn)),扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)周期比為0.79;原形結(jié)構(gòu)在7度多遇和罕遇地震動(dòng)作用下彈性位移角和彈塑性位移角分別為1/798和1/163,基本滿足抗震要求,但兩種情況下最大水平位移與樓層兩端水平位移平均值的比分別為1.61和2.71,扭轉(zhuǎn)反應(yīng)偏大,不滿足所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求。最后,對(duì)原形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出建議。

利用風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)矩形截面超高層建筑風(fēng)致脈動(dòng)扭矩?cái)?shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。以厚寬比和風(fēng)場(chǎng)類別為基本變量,采用最小二乘法得到了風(fēng)致脈動(dòng)扭矩系數(shù)根方差、功率譜密度、豎向相關(guān)性系數(shù)以及橫風(fēng)向基底彎矩-基底扭矩相干函數(shù)閉合計(jì)算公式。這些公式的計(jì)算結(jié)果與原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,說(shuō)明計(jì)算公式具有較高精度。此外,利用結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)方法,用提出的公式以及直接采用試驗(yàn)風(fēng)壓數(shù)據(jù)計(jì)算一棟實(shí)際超高層建筑的扭轉(zhuǎn)動(dòng)力響應(yīng),對(duì)比了扭轉(zhuǎn)廣義力譜、頂層扭轉(zhuǎn)響應(yīng)譜以及扭轉(zhuǎn)響應(yīng)根方差等計(jì)算結(jié)果,對(duì)比結(jié)果表明兩者吻合較好,從而驗(yàn)證了公式的適用性。

混合結(jié)構(gòu)超高層建筑由于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,施工周期普遍較長(zhǎng),所以在施工安裝過(guò)程中施工方案的不同以及實(shí)際施工荷載的施加順序?qū)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形影響較大。結(jié)合科威特中央銀行總部大樓(centralbankofkuwaitnewheadquartersbuilding,簡(jiǎn)稱cbk)這一混合結(jié)構(gòu)超高層建筑的施工安裝工程實(shí)例,應(yīng)用有限元分析軟件按照實(shí)際的施工順序?qū)κ┕み^(guò)程進(jìn)行模擬分析,對(duì)比不同方案得出的分析結(jié)果,可以了解不同施工方案中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力變形在施工全過(guò)程中的發(fā)展情況,進(jìn)而通過(guò)比較選擇較為合理的施工方案,以確保復(fù)雜超高層建筑結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全。

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,表明高層建筑專用風(fēng)振分析方法在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性.

對(duì)于某些超高層建筑,其橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)甚至超過(guò)順風(fēng)向而成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制性因素。為研究橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的時(shí)程特性及變化規(guī)律,基于橫風(fēng)向脈動(dòng)力譜,考慮風(fēng)力的豎向相干性,通過(guò)諧波合成法模擬橫風(fēng)力時(shí)程,在時(shí)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(shí)考慮地貌、來(lái)流風(fēng)速以及結(jié)構(gòu)基頻的變化,探討各因素對(duì)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(jì)提供參考依據(jù)。

計(jì)算風(fēng)工程作為風(fēng)洞試驗(yàn)的補(bǔ)充技術(shù),已得到越來(lái)越多的應(yīng)用,但是使用rns方法進(jìn)行非定常計(jì)算精度低,而大渦模擬可對(duì)大尺度漩渦直接求解,可以得到較精確的模擬結(jié)果。因此對(duì)超高層建筑進(jìn)行了多工況的cfd大渦模擬,研究不同風(fēng)向角下建筑表面風(fēng)荷載的變化規(guī)律,并與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,簡(jiǎn)要闡述了建筑體型對(duì)風(fēng)荷載的影響。將大渦模擬得到的非定常風(fēng)壓時(shí)程作為結(jié)構(gòu)激勵(lì),采用頻域法計(jì)算高層建筑的隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng),根據(jù)慣性風(fēng)荷載方法,求解結(jié)構(gòu)的等效靜力風(fēng)荷載,并與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比分析表明,大渦模擬技術(shù)可以很好地模擬建筑表面風(fēng)荷載,并可以克服測(cè)點(diǎn)布置、不同步測(cè)試帶來(lái)的系統(tǒng)誤差;頻域法分析得到的等效靜力風(fēng)荷載與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果基本一致,可以將本文方法計(jì)算得到的風(fēng)荷載作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

隨著海島城市高層建筑興建量的與日俱增,由此而產(chǎn)生的風(fēng)環(huán)境已不可輕視。文中主要選用k-ξ湍流模型,應(yīng)用cfd數(shù)值方法模擬高層建筑風(fēng)環(huán)境的分布情況,從而分析風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑的影響和建筑對(duì)人的舒適感的影響。為今后的高層、超高層建筑的設(shè)計(jì)施工及現(xiàn)有建筑的環(huán)境改善提供一個(gè)有效的參考平臺(tái)。

量化評(píng)價(jià)方案是建筑模型模擬仿真實(shí)訓(xùn)量化評(píng)價(jià)體系的核心組成部分。本文以樓梯模型為例,通過(guò)鋼筋分項(xiàng)工程的量化評(píng)價(jià)方案的實(shí)施過(guò)程介紹,分析了量化評(píng)價(jià)體系形成過(guò)程中涉及到的比例、內(nèi)容、精度等要素,提示了量化評(píng)價(jià)方案在建筑模型模擬仿真實(shí)訓(xùn)的實(shí)施過(guò)程中有關(guān)進(jìn)度制定、評(píng)價(jià)周期、人員安排以及最終成果評(píng)定等注意要點(diǎn),并展望了其在土建類專業(yè)群的應(yīng)用前景。

對(duì)某200m高的超高層建筑頂層實(shí)測(cè)風(fēng)速及用傳統(tǒng)的諧波疊加法得到的模擬風(fēng)速分別進(jìn)行了靜態(tài)離散小波變換,通過(guò)對(duì)小波系數(shù)的概率密度、峭度及偏度分析,證明了傳統(tǒng)模擬方法不能反映湍流的間歇性及局部自相似性。基于小波能量與目標(biāo)風(fēng)速譜的關(guān)系,利用實(shí)測(cè)風(fēng)速及對(duì)數(shù)泊松模型,建立了基于靜態(tài)離散小波變換的脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程模擬方法。實(shí)例模擬表明,該方法避免了傳統(tǒng)離散小波重構(gòu)所需要的上采樣,且模擬數(shù)據(jù)符合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),從而驗(yàn)證了方法的簡(jiǎn)便性和有效性。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高層建筑和超高層建筑也越來(lái)越多,高層建筑基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)必然顯得尤為重要。一些造型突破傳統(tǒng)、高度超限的大量復(fù)雜高層建筑也紛紛呈現(xiàn),其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性主要從高度超限、結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則、結(jié)構(gòu)豎向布置不規(guī)則這三個(gè)方面體現(xiàn)。為保證復(fù)雜超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性,設(shè)計(jì)上必須要采取針對(duì)性的措施。一、概述超高層建筑為酒店,結(jié)構(gòu)總高度172.6米,標(biāo)準(zhǔn)層長(zhǎng)55.4米,寬34.6米,地下3層,地上41層。

高層建筑抗震設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題討論 追求建筑結(jié)構(gòu)形式：設(shè)計(jì)新穎、造型奇特 國(guó)外建筑師忽略了中國(guó)的抗震設(shè)計(jì) 建設(shè)部于1998年成立了全國(guó)超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會(huì)。 2004年，超高層建筑工程抗震設(shè)防審批被列入國(guó)家行政許可范圍。 改善短柱抗震性能措施 使用復(fù)合螺旋箍筋 采用分體柱 采用鋼骨混凝土柱 大連萬(wàn)達(dá)公館3號(hào)樓超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1工程概況： 大連萬(wàn)達(dá)公館3號(hào)樓為大連東部地區(qū)新開發(fā)的數(shù)棟超高層建筑中的一棟，建 筑緊鄰大連港客運(yùn)碼頭，商業(yè)定位為大連地區(qū)超豪華住宅樓。建筑層數(shù)為地上 56層，地下3層，地上建筑高度185.95m，地上建筑面積66770㎡。該組團(tuán)共 有3棟建筑，3號(hào)樓是最高的一棟，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置和立面效果見(jiàn)下圖。 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖3號(hào)樓立面效果圖 工程場(chǎng)址位于郯廬地震帶北段，區(qū)域中強(qiáng)地震活動(dòng)比較頻繁，區(qū)域中強(qiáng)地震 活動(dòng)比較頻繁，

對(duì)深圳興貿(mào)大廈帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的超高層建筑作了較為詳細(xì)的施工模擬計(jì)算,結(jié)果表明,對(duì)高層及超高層結(jié)構(gòu),必須正確進(jìn)行施工模擬分析以反映實(shí)際重力荷載、結(jié)構(gòu)剛度生成的全過(guò)程,以避免低估了彈性階段重要構(gòu)件在重力荷載作用下的基本內(nèi)力,從而造成結(jié)構(gòu)隱患。

采用接地與電磁場(chǎng)cdegs軟件建立建筑三維數(shù)值模型．利用土壤電阻率和土壤分層模型，結(jié)合雷電特征參數(shù)和建筑的防雷措施，初步分析其遭受雷擊時(shí)周邊的電磁場(chǎng)變化及對(duì)人員、設(shè)備和系統(tǒng)的危害．為超高層建筑雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及雷電防護(hù)措施提供數(shù)據(jù)支撐。

為了了解超高層建筑在地震作用下的非連續(xù)坍塌特征,以基于顆粒流理論的pfc3d作為模擬平臺(tái),模擬了某市內(nèi)一擬建超高層建筑在地震作用下的坍塌過(guò)程。按照建筑物為核心筒-框架結(jié)構(gòu),且具有兩變階的特點(diǎn)構(gòu)建模型,并分別施加了加速度a=0.2g,0.3g,0.4g的正弦地震波,震動(dòng)時(shí)間為9s,模擬時(shí)間為90s。模擬結(jié)果表明：在a=0.2g時(shí),建筑物最終結(jié)構(gòu)完整,符合7度抗震設(shè)計(jì)要求;a=0.3g,0.4g時(shí),建筑物最終完全坍塌,其過(guò)程為：首先從核心筒中與震動(dòng)方向相同的剪力墻開始破壞,然后是垂直震動(dòng)方向的剪力墻折斷,上部核心筒在整體完整情況下再次折斷,下部框架分離,整體建筑垂直坍塌;a=0.4g時(shí)的坍塌速度大約是a=0.3g時(shí)坍塌速度的2倍。最后針對(duì)坍塌過(guò)程特征,提出了抗震構(gòu)造措施。

某超高層為大懸臂轉(zhuǎn)換鋼桁架結(jié)構(gòu)體系,懸挑鋼結(jié)構(gòu)施工支撐采用鋼桁架胎架,胎架在懸挑部分安裝焊接后拆除.為確保施工安全及結(jié)構(gòu)質(zhì)量,對(duì)整個(gè)施工過(guò)程在施工前進(jìn)行有限元模擬分析,對(duì)結(jié)構(gòu)受力變化規(guī)律進(jìn)行分析,進(jìn)行變形檢測(cè).

隨著我國(guó)高層超高層的建筑設(shè)計(jì)水平的不斷提高,我國(guó)高層建筑規(guī)模越來(lái)越大,結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜,這給建筑施工單位也帶來(lái)了一定的難度,不過(guò)也加快了建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的改進(jìn).在建筑過(guò)程中,首先要采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)保證施工人員人身安全,其次要保證建筑原料的合格性以及施工技術(shù),進(jìn)而推進(jìn)超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷完善.本文概述了超高層建筑施工模擬理論,具體闡述了施工模擬技術(shù)在超高層建筑施工結(jié)構(gòu)中的進(jìn)展與情況.

通過(guò)x形超高層建筑剛性模型多點(diǎn)同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn),研究高層建筑風(fēng)荷載阻力系數(shù)和升力系數(shù)平均值、均方根值沿高度的變化規(guī)律,并與矩形高層建筑均方根升力系數(shù)進(jìn)行比較。提出x形高層建筑順風(fēng)向與橫風(fēng)向動(dòng)力風(fēng)荷載功率譜密度函數(shù)、相干函數(shù)的計(jì)算模型,并根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算,結(jié)果表明該計(jì)算模型與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行類似高層建筑順風(fēng)向與橫風(fēng)向動(dòng)力響應(yīng)的頻域計(jì)算。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡(jiǎn)化理論方法和基于風(fēng)洞試驗(yàn)方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對(duì)風(fēng)場(chǎng)有明顯干擾時(shí),進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時(shí)程分析是更為簡(jiǎn)單直接有效的方法。本文通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗(yàn)中風(fēng)荷載時(shí)程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時(shí)程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評(píng)估提供了可行的方法。

在超高層建筑施工中,頂升模板技術(shù)是一種新工藝。由于高強(qiáng)度混凝土的終凝時(shí)間較長(zhǎng),運(yùn)用需要周轉(zhuǎn)的模板模式施工是不利的。以實(shí)際工程為例,對(duì)頂升模板體系進(jìn)行設(shè)計(jì),借助sap2000對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬和模態(tài)分析,進(jìn)而對(duì)整個(gè)頂升模板體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。