超高層建筑橫風向氣動力譜的構(gòu)成分析

超高層建筑結(jié)構(gòu)橫風向風荷載研究——對于超高層建筑結(jié)構(gòu)，我國荷載規(guī)范只給出了順風向的抗風設計方法，對于橫風向風荷載則并沒有給出規(guī)定。而在實際工程中的超高層建筑，有時橫風向風荷載遠大于順風項，為控制荷載，因此目前我國荷載規(guī)范在超結(jié)構(gòu)的橫風向抗風設...

在tj-1風洞中采用高頻動態(tài)天平技術(shù)對兩個形狀相同的方形截面高層建筑模型間的橫風向動力干擾效應進行了風洞實驗研究。同時,對主模型采用氣動彈性模型,在相同的配置下進行了實驗。兩種實驗方法所得的結(jié)果比較一致。最后應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法對試驗結(jié)果進行了模擬和推廣,給出了橫風向動力干擾因子的等值線圖,可供規(guī)范參考。

根據(jù)湍流脈動壓力的產(chǎn)生機理,從湍流理論的基本方程出發(fā),根據(jù)taylor關(guān)于湍流的"凍結(jié)"假定,導出了湍流脈動風壓譜密度函數(shù)的解析計算公式。在分析過程中考慮了壓力方程源項中全部"紊動—剪切"項的影響。若取用合適的湍流積分尺度,則由此公式得出的橫風向脈動風壓譜密度函數(shù)值與足尺觀測數(shù)據(jù)相吻合,因此對以前的研究成果有一定的改進。由于在接近結(jié)構(gòu)第一階自振頻率時,譜函數(shù)值仍處于較高的水平,因此根據(jù)湍流脈動風壓譜密度函數(shù)計算得出的結(jié)構(gòu)橫風向風振動力反應位移值與加速度值均高于由日本規(guī)范等公式中規(guī)定的漩渦脫落擾力引起的反應值,而且推測隨結(jié)構(gòu)高度的增加這一影響也有增加的趨勢。建議對此問題進行更深入的研究并在高層建筑結(jié)構(gòu)設計時考慮這一差別的影響。

引入橫風力譜模型,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速條件下的橫風向風振響應.同時考慮正氣動阻尼的影響,獲得該建筑在不同自振基頻下的風振響應及氣動阻尼影響的規(guī)律.分析結(jié)果表明,對于處于低粗糙度地貌并受較高風速作用的低頻建筑物,當計算其橫風向風振響應時,應適當考慮正氣動阻尼的影響,使計算結(jié)果更具真實性.

隨著我國經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，超高層建筑逐漸盛行。作為現(xiàn)代城市中的地標，超高 層建筑已表現(xiàn)出非凡作用，成為國家、民族以及城市經(jīng)濟崛起的象征。我國的超高層建筑發(fā) 展始于1990年，1990~2007年是超高層建筑的起步期，2008~2012年為超高層 建筑的快速發(fā)展期，2013~2018年可ν是超高層建筑的繁榮期。以高度為依據(jù)，本文將 超高層建筑分為以下4個區(qū)段： 250~300m； 300~400m； 400~500m； 以及500m以上。 截止到2012年，我國共建成超高層建筑94幢，其高度分布比例如圖1所示。 250~300m的超高層建筑數(shù)量最多，約占建筑總數(shù)的59%；500m以上超高層建筑僅 一幢；港澳臺超高層建筑共計18幢，約占總數(shù)的20%。這一階段國內(nèi)典型超高層建筑有 上海環(huán)球金融中心（492m）和臺北10

采用了諧波疊加法模擬作用在結(jié)構(gòu)上的順風向脈動風壓,同時為了能反映作用在迎風面不同點上脈動風壓的相關(guān)特性,首先生成脈動風速互譜密度矩陣,然后采用三角分解法進行分解,再以此生成脈動風壓作為輸入脈動風荷載,采用newmark方法計算結(jié)構(gòu)的動力反應時程.對兩棟高層建筑的風振反應時程計算結(jié)果表明,本方法得到的結(jié)構(gòu)動力反應均方根值與建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中采用的譜分析結(jié)果有較好的吻合性;風振反應以共振反應為主,非共振反應值占次要的部分.這與譜分析法得出的結(jié)論也是一致的,說明了利用諧波疊加法模擬脈動風壓時程的準確性.這對于正確估算結(jié)構(gòu)的風振反應值,為高層建筑風振控制措施設計提供參考依據(jù)是有一定意義的.

以武漢市一幢結(jié)構(gòu)高175.55m,地上55層,采用鋼筋混凝土剪力墻的超高層建筑為研究對象。通過使用有限元軟件etabs,分析該建筑的結(jié)構(gòu)動力特性,確定振型分解法的合理振型參與數(shù),以及通過彈性時程法分析在最不利地震波作用下該結(jié)構(gòu)的地震反應。

基于計算流體力學的數(shù)值模擬方法,研究了矩形截面鈍體高柔結(jié)構(gòu)風致橫風向失穩(wěn)式振動(馳振).為反映結(jié)構(gòu)運動對流動風場的影響,除建立固定不動的計算區(qū)域外,還建立了隨結(jié)構(gòu)運動的物理區(qū)域,在計算區(qū)域中修正了流動風場的控制方程,采用標準sgs大渦模型,開發(fā)出wssg建筑風場模擬程序,捕捉到結(jié)構(gòu)在風場作用下的馳振現(xiàn)象,并從流場結(jié)構(gòu)等方面分析了引發(fā)機理.

研究目的:隨著超高層建筑的高度和高寬比的不斷增大,建筑材料向著輕質(zhì)高強方向發(fā)展,結(jié)構(gòu)體系的復雜化,致使超高層建筑在臺風作用下產(chǎn)生劇烈擺動,因此臺風作用下超高層建筑的動力響應時頻分析,對于超高層建筑設計參數(shù)的選取、現(xiàn)役超高層建筑響應的預測、增加超高層建筑模態(tài)參數(shù)的資料以及設計準確性的校驗都有非常重要的意義。研究結(jié)論:通過實測臺風作用下超高層建筑的動力響應,可以獲得結(jié)構(gòu)的動力特性,并可評價結(jié)構(gòu)風致振動響應的可靠度。臺風作用下超高層建筑的動力響應時頻分析主要有3種方法:傅立葉變換、小波變換、希爾伯特-黃變換。本文詳細闡述了臺風作用下超高層建筑動力響應的這3種時頻分析方法,并總結(jié)出其優(yōu)缺點,進而對該研究領(lǐng)域的進展作了展望。

高層建筑抗震設計中的若干問題討論 追求建筑結(jié)構(gòu)形式：設計新穎、造型奇特 國外建筑師忽略了中國的抗震設計 建設部于1998年成立了全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會。 2004年，超高層建筑工程抗震設防審批被列入國家行政許可范圍。 改善短柱抗震性能措施 使用復合螺旋箍筋 采用分體柱 采用鋼骨混凝土柱 大連萬達公館3號樓超高層結(jié)構(gòu)設計 1工程概況： 大連萬達公館3號樓為大連東部地區(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㎡。該組團共 有3棟建筑，3號樓是最高的一棟，標準層結(jié)構(gòu)布置和立面效果見下圖。 標準層結(jié)構(gòu)布置圖3號樓立面效果圖 工程場址位于郯廬地震帶北段，區(qū)域中強地震活動比較頻繁，區(qū)域中強地震 活動比較頻繁，

研究了超高層建筑在變化的風荷載作用下的振動響應。將風荷載假設為正弦變化的外力,同時考慮了風力做功、動能與建筑自身重力做功。根據(jù)哈密頓原理,得出了橫向振動的控制方程和固有邊界條件。據(jù)此可求得振動頻率的變化,以及橫向振動位移隨著時間和高度坐標尺度的三維走勢。結(jié)果表明:橫向振動頻率隨著建筑高度的增加而減小,風力作用下的橫向振動為低頻響應。

用由風洞試驗得出的橫風向荷載功率譜密度公式,推導出考慮結(jié)構(gòu)-土相互作用(ssi)的橫風向荷載功率譜密度和結(jié)構(gòu)的頻率響應函數(shù)矩陣公式,得到結(jié)構(gòu)橫風向風振響應計算公式。對超高層建筑橫風向振動算例說明,考慮ssi后,房屋高度、土層的剪切波速和結(jié)構(gòu)阻尼比的變化,對結(jié)構(gòu)頂層的彈性位移、總位移和總加速度響應有不同影響,并指出不考慮ssi,高層建筑的橫風向風振響應可能偏于不安全,因而對不同的響應類型,給出了不需考慮ssi的結(jié)構(gòu)阻尼比取值范圍的建議值。

超高層建筑的結(jié)構(gòu)決定了總體造價的高低，常見的結(jié)構(gòu)如下： 超過下表標注的限高即為超高層建筑 結(jié)構(gòu)體系非抗震設計 抗震烈度 6級地震7級地震8級地震 框架-剪力墻170160140120 剪力墻 全部落地剪力墻180170150130 部分框支剪力墻150140120100 筒體 框架-核心筒220210180140 筒中筒300280230170 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)造價較低，和普通高層造價相仿，造價增加主要體現(xiàn)在以下9個方面： 1.設置避難層（100米以上的建筑，一般每隔50米要設置一個避難層） 2.供電系統(tǒng)：雙電源+自備電源 3.進戶門要求為甲級防火門 4.消防電梯要在3臺或以上 5.電梯必須要分層設計 6.由于高處的濕度和風力情況較為復雜，在外墻材料，鋁合金窗，玻璃等建筑材料的選擇 會格外

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

以某一高492m、具有特殊體型的超高層建筑為工程背景,研究超高層建筑層風力規(guī)格化功率譜曲線的特點并給出其數(shù)學函數(shù)模型。首先,在同濟大學tj-2邊界層風洞中對該超高層建筑進行剛性模型分組同步測壓風洞試驗,得到各測點層的風力系數(shù)時程,并對各層風力系數(shù)的頻譜特性進行分析,歸納出各層風力規(guī)格化功率譜曲線沿高度變化的特點;然后,根據(jù)試驗所得的功率譜曲線的特點,給出順風向、橫風向和扭轉(zhuǎn)風向的層風力規(guī)格化功率譜數(shù)學函數(shù)表達式,用該數(shù)學模型對各層風力功率譜曲線進行擬合的效果非常理想,同時,對各層風力功率譜函數(shù)的擬合參數(shù)進行歸納總結(jié),得到統(tǒng)一的參數(shù)結(jié)果。研究結(jié)果表明層風力功率譜函數(shù)是有效的。

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)方法在處理大型復雜實際結(jié)構(gòu)受多點隨機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雜超高聳結(jié)構(gòu)的隨機風振響應分析方法.運用虛擬激勵法將脈動風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)隨機理論推導出相應風振響應的表達式,自動計入了多點風激勵的空間相關(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確性,可以提高多點隨機激勵響應的計算效率和精確度,在大型高層實際工程風振響應計算分析中有較強的實用價值.

以天津某超高層結(jié)構(gòu)的風振控制為研究對象,分析了風荷載的動力特性.針對該工程的自身特點提出了設置粘滯阻尼器(a)、設置雙向調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(b)、設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)性的自回歸過濾技術(shù),進行了不同控制方案下的風振控制動力分析,對比分析了不同方案下的控制效果.結(jié)果表明:在特定的加強層處設置粘滯阻尼器及在頂層設置調(diào)諧質(zhì)量阻尼設備均能夠耗散風振作用輸入能量的30％以上,進而有效衰減結(jié)構(gòu)的風致振動響應,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)果對超高層結(jié)構(gòu)體系風振控制的分析與設計提出了建議.

基于風洞試驗數(shù)據(jù)和隨機振動理論,本文提出了矩形高層建筑橫風向風振響應簡化計算公式,這些簡化公式的提出將求高層建筑橫風向風振響應的復雜積分變?yōu)榉奖愕拇鷶?shù)運算。本文應用這些簡化公式對大量的矩形高層建筑實例進行了計算、分析。將本文提出的簡化公式計算結(jié)果與積分計算結(jié)果比較,相對誤差基本上在5%以內(nèi),因此本文提出的公式有較高的精度。用本文簡化公式計算得到的高層建筑橫風向風振響應與日本建筑荷載規(guī)范、加拿大國家建筑規(guī)范計算得到的橫風向風振響應比較,總體上差異較小。由于本文提出的簡化公式所依據(jù)的風洞試驗模型和數(shù)據(jù)較為精細,因此本文簡化公式有相當高的可靠性與合理性。

　 issn1008-9446 cn13-1265/te　　　 承德石油高等專科學校學報 journalofchengdepetroleumcollege 第9卷第3期,2007年9月 vol.9,no.3,sep.2007 超高層建筑利弊分析 岳世宏,陳淑賢 (承德石油高等專科學校建筑工程系,河北承德　067000) 摘要:面對我國超高層建筑的蓬勃發(fā)展,首先肯定超高層建筑有它獨特的優(yōu)點。但必須承認超高層建筑成本 高、人口集中,在使用過程中對周圍環(huán)境造成很大的壓力,其本身也存在安全隱患。超高層建筑的發(fā)展在一定 程度上破壞了一些歷史古城原有的文物景觀,不合理的拆建引起了社會資源的浪費。通過對超高層建筑優(yōu)劣 的分析,建議今后的城市規(guī)劃一定要慎重對待超高層建筑的發(fā)展。 關(guān)鍵詞:超

超高層建筑垂直度的控制——本資料為超高層建筑垂直度的控制，共5頁。內(nèi)容簡介：詳細介紹了超高層建筑垂直度的控制。目錄：一、建筑物產(chǎn)生垂直偏差的原因及預防措施二、垂直觀測三、偏差分析四、糾偏、糾扭措施五、實際效果

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淺談超高層建筑的利與弊 2012年6月28日 中國礦業(yè)大學安全工程學院消防09-1班 1/6 淺談超高層建筑的利與弊 劉治偉 （中國礦業(yè)大學安全工程學院江蘇徐州221000） [摘要]：在現(xiàn)今的主要城市中，超高層樓宇已經(jīng)不是幾個地標性建筑的專利了，隨著經(jīng)濟 的發(fā)展和建筑技術(shù)的進步，寫字樓、酒店、商場、住宅等各種用途的超高層樓宇拔地而起， 并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也日趨復雜。毋庸置疑，我們正處于前所未有的超高層建筑急劇發(fā)展期，這 種發(fā)展具有全球性規(guī)模，從莫斯科到中東、從上海到舊金山，越來越密的城市，越來越高的 建筑不斷涌現(xiàn)。高層建筑像一柄雙刃劍，利弊共存，既有節(jié)約土地不可代替的價值．又有破 壞人居環(huán)境的潛在威脅。高層建筑設汁中．建筑師應高瞻遠矚，牢固樹立可持續(xù)發(fā)展意識， 本文從節(jié)約土地、開拓再生綠化空間；建設立體交通網(wǎng)絡，建筑交通一體化；節(jié)約能源和氣 候意