時域超高層建筑橫風向風振模擬及分析

超高層建筑結構橫風向風荷載研究——對于超高層建筑結構，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)范在超結構的橫風向抗風設...

通過風洞試驗得到典型超高層建筑的橫風向脈動風荷載分布,將橫風向脈動風荷載作用分解為橫向紊流及旋渦脫落2種作用機理的共同作用,分析了橫風向氣動力譜的構成成分,并將分析結果與高頻動態(tài)測力天平的結果進行了對比研究．結果表明:橫向紊流對橫風向氣動力譜的貢獻較小,而旋渦脫落激勵對總橫風向氣動力譜的貢獻較大;在不同風場中這些貢獻量會發(fā)生改變．根據(jù)同步測壓試驗分解橫風向氣動力譜的方法可以清楚地解釋超高層建筑橫風向氣動力譜的構成成分．

計算風工程作為風洞試驗的補充技術,已得到越來越多的應用,但是使用rns方法進行非定常計算精度低,而大渦模擬可對大尺度漩渦直接求解,可以得到較精確的模擬結果。因此對超高層建筑進行了多工況的cfd大渦模擬,研究不同風向角下建筑表面風荷載的變化規(guī)律,并與風洞試驗結果進行對比,簡要闡述了建筑體型對風荷載的影響。將大渦模擬得到的非定常風壓時程作為結構激勵,采用頻域法計算高層建筑的隨機振動響應,根據(jù)慣性風荷載方法,求解結構的等效靜力風荷載,并與風洞試驗結果進行對比。對比分析表明,大渦模擬技術可以很好地模擬建筑表面風荷載,并可以克服測點布置、不同步測試帶來的系統(tǒng)誤差;頻域法分析得到的等效靜力風荷載與風洞試驗結果基本一致,可以將本文方法計算得到的風荷載作為設計依據(jù)。

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,使計算結果更具真實性.

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果與積分計算結果比較,相對誤差基本上在5%以內,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。

大型超高層建筑結構具有自由度數(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構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構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性和振型間的相關性.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.

以天津某超高層結構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)、設置雙向調頻質量阻尼器(b)、設置粘滯阻尼器和雙向調頻質量阻尼器(c)的三種減振控制方案,采用具有三維空間相關性的自回歸過濾技術,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諧質量阻尼設備均能夠耗散風振作用輸入能量的30％以上,進而有效衰減結構的風致振動響應,保證主體結構的正常使用工作狀態(tài).依據(jù)分析結果對超高層結構體系風振控制的分析與設計提出了建議.

文章以某超高層建筑為工程背景,利用etabs9.7軟件模擬了該層結構所受的脈動風速過程,進行了不同風壓影響下的風振響應分析,模擬了5種非線性黏滯阻尼器的振動控制方案,并對不同方案的減振效果做出了對比分析。研究結果表明,該工程減振方案所用的黏滯流體阻尼器性能穩(wěn)定,可以有效降低結構風致振動響應,結構頂點位移和加速度響應的降幅最大達35.25%和37.50%。

混合結構超高層建筑由于結構形式復雜,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際施工荷載的施加順序對結構的內力和變形影響較大。結合科威特中央銀行總部大樓(centralbankofkuwaitnewheadquartersbuilding,簡稱cbk)這一混合結構超高層建筑的施工安裝工程實例,應用有限元分析軟件按照實際的施工順序對施工過程進行模擬分析,對比不同方案得出的分析結果,可以了解不同施工方案中結構構件的應力變形在施工全過程中的發(fā)展情況,進而通過比較選擇較為合理的施工方案,以確保復雜超高層建筑結構在施工過程中的安全。

風荷載是超高層建筑設計的主要荷載之一,而且通過風振時域分析可以更全面地了解超高層建筑風振響應特性,更直觀地反映超高層建筑風致振動控制的有效性。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速時程。首先,考慮超高層建筑風速時程的時間和空間相關性,導出了四階ar模型的參數(shù)表達式。接著,基于ar模型模擬了一幢高度為200m超高層建筑的風速時程。最后,通過比較模擬風速功率譜、模擬自相關函數(shù)和互相關函數(shù)與目標風速功率譜、目標自相關函數(shù)和互相關函數(shù)的吻合程度,驗證基于ar模型模擬超高層建筑風速時程的可行性。

目前超高層建筑結構風振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風洞試驗方法頻域方法,隨著結構體型的復雜化或周邊建筑對風場有明顯干擾時,進行結構風振時程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實現(xiàn)生成風洞試驗中風荷載時程數(shù)據(jù)并導入有限元分析軟件進行結構的時程分析,獲得整體結構位移、內力以及加速度時程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結構風振響應分析及舒適度評估提供了可行的方法。

整體鋼平臺模板體系是適應超高層建筑主體施工需要的新型模板體系,在我國有廣泛的應用前景。超高層建筑高度大、施工周期長,模板體系受風荷載影響較大,對模板體系的風振響應進行分析有利于保證其使用安全。通過建立整體鋼平臺模板體系和建筑結構共同工作的分析模型,考慮建筑結構剛度的不確定性,以矩陣攝動理論為基礎,采用子區(qū)間分析法求解整個體系在脈動風作用下的動力響應,結果表明,模板體系動力響應的不確定性較大。

針對傳統(tǒng)的諧波合成法模擬超高層建筑脈動風速場存在計算量大的問題,提出了考慮互譜密度矩陣為復數(shù)矩陣的一般情況,使用插值精度較高的樣條插值技術來減少cholesky譜矩陣分解的次數(shù),再使用fft技術進一步加快模擬計算速度的改進諧波合成法。為了闡明改進諧波合成法具有較好的模擬精度和較快的計算速度,運用該方法模擬了一棟225m高的超高層建筑脈動風速場,并與僅使用fft技術的諧波合成法即傳統(tǒng)諧波合成法的模擬結果進行了對比分析。模擬結果的對比分析表明:盡管改進后的諧波合成法對譜分解矩陣采用了插值近似措施,但模擬的隨機風速樣本仍具有很好的精度,計算效率比傳統(tǒng)的諧波合成法有了較大的提高。

超高層建筑的風振響應及等效靜風荷載研究——為避免中國現(xiàn)行《建筑結構荷載規(guī)范》(gb50009-2001)中所采用的風振系數(shù)僅考慮結構的1階振型，而不考慮周圍環(huán)境影響對體型不規(guī)則超高層建筑結構抗風設計造成的不合理性，采用風洞試驗與風振動力響應計算分析相結合的...

近年來大量超高層建筑結構與風荷載相關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行了研究,在隨機風致振動影響下,敘述了風荷載特性與脈動風荷載的數(shù)值模擬方法。采用matlab軟件分析了結構在x、y兩個不同方向在脈動風荷載作用下的時程響應,為提高結構的安全舒適使用性能以及為該結構的風振控制設計提供了依據(jù)和參考。

風荷載是超高層建筑設計的主要荷載之一,而且風振時域分析可以更全面地了解超高層建筑風振響應特性,更直觀地反映超高層建筑風致振動控制的有效性。因此,使用譜解法(spectralrepresentationmethod,srm)模擬超高層建筑的風速時程。首先,考慮超高層建筑風速時程的時間和空間相關性,導出了使用srm-fastfouriertransform(fft)模擬超高層建筑五點脈動風速時程的顯示理論表達式,指出了單邊風速功率譜與雙邊風速功率譜在系數(shù)選取上的差別,這方面國外學者基本都是應用雙邊風速功率譜。接著,基于超高層建筑五點脈動風速時程的顯示理論表達式,模擬了一幢高度為200m超高層建筑上20個點的風速時程。最后,通過比較模擬自相關函數(shù)和互相關函數(shù)與目標自相關函數(shù)和互相關函數(shù)的吻合程度,驗證了srm-fft模擬超高層建筑上任意點數(shù)脈動風速時程的可行性。

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

用由風洞試驗得出的橫風向荷載功率譜密度公式,推導出考慮結構-土相互作用(ssi)的橫風向荷載功率譜密度和結構的頻率響應函數(shù)矩陣公式,得到結構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構阻尼比的變化,對結構頂層的彈性位移、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的結構阻尼比取值范圍的建議值。

某超高層為大懸臂轉換鋼桁架結構體系,懸挑鋼結構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構質量,對整個施工過程在施工前進行有限元模擬分析,對結構受力變化規(guī)律進行分析,進行變形檢測.

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。

高層建筑抗震設計中的若干問題討論 追求建筑結構形式：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號樓超高層結構設計 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，標準層結構布置和立面效果見下圖。 標準層結構布置圖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，

對深圳興貿大廈帶轉換結構的超高層建筑作了較為詳細的施工模擬計算,結果表明,對高層及超高層結構,必須正確進行施工模擬分析以反映實際重力荷載、結構剛度生成的全過程,以避免低估了彈性階段重要構件在重力荷載作用下的基本內力,從而造成結構隱患。