時(shí)域超高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振模擬及分析

超高層建筑結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)荷載研究——對(duì)于超高層建筑結(jié)構(gòu)，我國荷載規(guī)范只給出了順風(fēng)向的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)于橫風(fēng)向風(fēng)荷載則并沒有給出規(guī)定。而在實(shí)際工程中的超高層建筑，有時(shí)橫風(fēng)向風(fēng)荷載遠(yuǎn)大于順風(fēng)項(xiàng)，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(fēng)向抗風(fēng)設(shè)...

通過風(fēng)洞試驗(yàn)得到典型超高層建筑的橫風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)荷載分布,將橫風(fēng)向脈動(dòng)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(dòng)力譜的構(gòu)成成分,并將分析結(jié)果與高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究．結(jié)果表明:橫向紊流對(duì)橫風(fēng)向氣動(dòng)力譜的貢獻(xiàn)較小,而旋渦脫落激勵(lì)對(duì)總橫風(fēng)向氣動(dòng)力譜的貢獻(xiàn)較大;在不同風(fēng)場(chǎng)中這些貢獻(xiàn)量會(huì)發(fā)生改變．根據(jù)同步測(cè)壓試驗(yàn)分解橫風(fēng)向氣動(dòng)力譜的方法可以清楚地解釋超高層建筑橫風(fēng)向氣動(dòng)力譜的構(gòu)成成分．

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)。

引入橫風(fēng)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(fēng)速條件下的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng).同時(shí)考慮正氣動(dòng)阻尼的影響,獲得該建筑在不同自振基頻下的風(fēng)振響應(yīng)及氣動(dòng)阻尼影響的規(guī)律.分析結(jié)果表明,對(duì)于處于低粗糙度地貌并受較高風(fēng)速作用的低頻建筑物,當(dāng)計(jì)算其橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)時(shí),應(yīng)適當(dāng)考慮正氣動(dòng)阻尼的影響,使計(jì)算結(jié)果更具真實(shí)性.

基于風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和隨機(jī)振動(dòng)理論,本文提出了矩形高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)簡化計(jì)算公式,這些簡化公式的提出將求高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的復(fù)雜積分變?yōu)榉奖愕拇鷶?shù)運(yùn)算。本文應(yīng)用這些簡化公式對(duì)大量的矩形高層建筑實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算、分析。將本文提出的簡化公式計(jì)算結(jié)果與積分計(jì)算結(jié)果比較,相對(duì)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(jì)算得到的高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)與日本建筑荷載規(guī)范、加拿大國家建筑規(guī)范計(jì)算得到的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)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(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)較為精細(xì),因此本文簡化公式有相當(dāng)高的可靠性與合理性。

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(diǎn),針對(duì)傳統(tǒng)方法在處理大型復(fù)雜實(shí)際結(jié)構(gòu)受多點(diǎn)隨機(jī)激勵(lì)中存在計(jì)算效率比較低或精確性不高等不足,提出了基于虛擬激勵(lì)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(yùn)用虛擬激勵(lì)法將脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下的多點(diǎn)激勵(lì)轉(zhuǎn)化為簡諧虛擬激勵(lì)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(dòng)計(jì)入了多點(diǎn)風(fēng)激勵(lì)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(yàn)證了方法的有效性和準(zhǔn)確性,可以提高多點(diǎn)隨機(jī)激勵(lì)響應(yīng)的計(jì)算效率和精確度,在大型高層實(shí)際工程風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算分析中有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值.

以天津某超高層結(jié)構(gòu)的風(fēng)振控制為研究對(duì)象,分析了風(fēng)荷載的動(dòng)力特性.針對(duì)該工程的自身特點(diǎn)提出了設(shè)置粘滯阻尼器(a)、設(shè)置雙向調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(b)、設(shè)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(jìn)行了不同控制方案下的風(fēng)振控制動(dòng)力分析,對(duì)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(qiáng)層處設(shè)置粘滯阻尼器及在頂層設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量阻尼設(shè)備均能夠耗散風(fēng)振作用輸入能量的30％以上,進(jìn)而有效衰減結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng),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(duì)超高層結(jié)構(gòu)體系風(fēng)振控制的分析與設(shè)計(jì)提出了建議.

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(dòng)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(dòng)控制方案,并對(duì)不同方案的減振效果做出了對(duì)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(dòng)響應(yīng),結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和加速度響應(yīng)的降幅最大達(dá)35.25%和37.50%。

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,所以在施工安裝過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^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)力變形在施工全過程中的發(fā)展情況,進(jìn)而通過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)在施工過程中的安全。

風(fēng)荷載是超高層建筑設(shè)計(jì)的主要荷載之一,而且通過風(fēng)振時(shí)域分析可以更全面地了解超高層建筑風(fēng)振響應(yīng)特性,更直觀地反映超高層建筑風(fēng)致振動(dòng)控制的有效性。因此,本文使用線性濾波法即白噪聲濾波法(whitenoisefiltrationmethod,wnfm)中的自回歸(auto-regressive,ar)模型模擬超高層建筑的風(fēng)速時(shí)程。首先,考慮超高層建筑風(fēng)速時(shí)程的時(shí)間和空間相關(guān)性,導(dǎo)出了四階ar模型的參數(shù)表達(dá)式。接著,基于ar模型模擬了一幢高度為200m超高層建筑的風(fēng)速時(shí)程。最后,通過比較模擬風(fēng)速功率譜、模擬自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)與目標(biāo)風(fēng)速功率譜、目標(biāo)自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的吻合程度,驗(yàn)證基于ar模型模擬超高層建筑風(fēng)速時(shí)程的可行性。

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)程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實(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。

整體鋼平臺(tái)模板體系是適應(yīng)超高層建筑主體施工需要的新型模板體系,在我國有廣泛的應(yīng)用前景。超高層建筑高度大、施工周期長,模板體系受風(fēng)荷載影響較大,對(duì)模板體系的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行分析有利于保證其使用安全。通過建立整體鋼平臺(tái)模板體系和建筑結(jié)構(gòu)共同工作的分析模型,考慮建筑結(jié)構(gòu)剛度的不確定性,以矩陣攝動(dòng)理論為基礎(chǔ),采用子區(qū)間分析法求解整個(gè)體系在脈動(dòng)風(fēng)作用下的動(dòng)力響應(yīng),結(jié)果表明,模板體系動(dòng)力響應(yīng)的不確定性較大。

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。

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(duì)體型不規(guī)則超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)造成的不合理性，采用風(fēng)洞試驗(yàn)與風(fēng)振動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算分析相結(jié)合的...

近年來大量超高層建筑結(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。

風(fēng)荷載是超高層建筑設(shè)計(jì)的主要荷載之一,而且風(fēng)振時(shí)域分析可以更全面地了解超高層建筑風(fēng)振響應(yīng)特性,更直觀地反映超高層建筑風(fēng)致振動(dòng)控制的有效性。因此,使用譜解法(spectralrepresentationmethod,srm)模擬超高層建筑的風(fēng)速時(shí)程。首先,考慮超高層建筑風(fēng)速時(shí)程的時(shí)間和空間相關(guān)性,導(dǎo)出了使用srm-fastfouriertransform(fft)模擬超高層建筑五點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程的顯示理論表達(dá)式,指出了單邊風(fēng)速功率譜與雙邊風(fēng)速功率譜在系數(shù)選取上的差別,這方面國外學(xué)者基本都是應(yīng)用雙邊風(fēng)速功率譜。接著,基于超高層建筑五點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程的顯示理論表達(dá)式,模擬了一幢高度為200m超高層建筑上20個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速時(shí)程。最后,通過比較模擬自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)與目標(biāo)自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)的吻合程度,驗(yàn)證了srm-fft模擬超高層建筑上任意點(diǎn)數(shù)脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程的可行性。

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)。

用由風(fēng)洞試驗(yàn)得出的橫風(fēng)向荷載功率譜密度公式,推導(dǎo)出考慮結(jié)構(gòu)-土相互作用(ssi)的橫風(fēng)向荷載功率譜密度和結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)矩陣公式,得到結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算公式。對(duì)超高層建筑橫風(fēng)向振動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)頂層的彈性位移、總位移和總加速度響應(yīng)有不同影響,并指出不考慮ssi,高層建筑的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)可能偏于不安全,因而對(duì)不同的響應(yīng)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。

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).

研究了超高層建筑在變化的風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)。將風(fēng)荷載假設(shè)為正弦變化的外力,同時(shí)考慮了風(fēng)力做功、動(dòng)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(dòng)的控制方程和固有邊界條件。據(jù)此可求得振動(dòng)頻率的變化,以及橫向振動(dòng)位移隨著時(shí)間和高度坐標(biāo)尺度的三維走勢(shì)。結(jié)果表明:橫向振動(dòng)頻率隨著建筑高度的增加而減小,風(fēng)力作用下的橫向振動(dòng)為低頻響應(yīng)。

高層建筑抗震設(shè)計(jì)中的若干問題討論 追求建筑結(jié)構(gòu)形式：設(shè)計(jì)新穎、造型奇特 國外建筑師忽略了中國的抗震設(shè)計(jì) 建設(shè)部于1998年成立了全國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。