超高层建筑通用气动弹性模型设计

设计制作了一外形和动力特性在一定范围内可调的超高层建筑多自由度气动弹性模型.通过调节结构,它可模拟不同外形、刚度、质量、振型等参数的超高层建筑.在同济大学ＴＪ-1大气边界层风洞中,对此模型进行了一系列的风洞试验,并将其试验结果与高频测力天平试验结果进行了详细比较,得到了满意的结果.此通用模型,可用于其它超高层建筑的抗风研究超高层建筑通用气动弹性模型设计@全涌@顾明@黄鹏     

用测力天平技术研究超高层建筑的动态风载

通过风洞实验研究了不同外形的超高层建筑的动态风载。实验采用多种不同外形的刚性模型,通过高频测力天平技术研究了建筑物长细比、截面形状、截面长宽比及湍流强度和风向的影响,获得了一些新的结果。这些结果可用于修订有关规范时参考。     

锥形超高层建筑横风向风荷载模型

采用同步测压技术,进行了不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,根据试验结果得到了该类建筑物的横风向风荷载数学模型.根据作用机理,通过在已有矩形超高层建筑横风向风荷载功率谱模型中增加紊流机理项的方法,给出了精细化拟合公式,修正后的横风向风荷载功率谱模型在工程结构一般频率范围内与试验结果吻合较好.锥率没有改变超高层建筑横风向风荷载相干函数的频谱特性,已有超高层建筑相干函数模型对锥形超高层建筑仍然适用.本文提出的锥形超高层建筑横风向风荷载模型能够用于确定该类结构的横风向风致效应.     

超高层建筑横风向气动力谱

利用高频测力天平技术，在四种不同风场中对15种不同外形的超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验，测量了这些模型的横风向基底弯矩，即一 阶横风向广义风荷载，考察了风洞类型、模型长细比、宽厚比及模型横截面角沿的修正对超高层建筑横风向广义气动力谱的影响规律，并拟合出一个以风场类型、模拟长细比、宽厚比为参数的超高层建筑横向风向广义气动力谱的闭合表达式。通过与国外有关文献给出的结果的对比，验证了拟合公式的精度。     

方形截面高层建筑间的气动干扰效应分析

通过刚性模型表面风压测量风洞试验,分析了某项目中高200m的方形截面超高层建筑对其相邻的外形相同的另一栋超高层建筑的基底弯矩系数均值、均方根值及功率谱的干扰效应。     

方形截面高层建筇间的气动干扰效应分析

通过刚性模型表面风压测量风洞试验，分析了某项目中高200m的方形截面超高层建筑对其相邻的外形相同的另一栋超高层建筑的基底弯矩系数均值、均方根值及功率谱的干扰效应。     

某超高层建筑结构抗震设计与分析

在结构性能目标分析的基础上,运用PKPM软件,建立了某超高层建筑结构计算模型,进而对该结构进行了抗震设计、计算与分析。通过对计算结果的分析和评价,提出了适合该超高层建筑的结构抗震措施。该抗震设计及分析方法和结构抗震措施可为类似超高层建筑的抗震设计提供参考。     

山地风场中圆形截面超高层建筑风荷载谱

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

基于风振舒适度的高层建筑生命周期费用模型

根据感知结构在风荷载作用下振动的人数所占比例将超高层建筑舒适度性能水平划分为五个等级,并以结构水平振动加速度作为控制指标,建立了超高层建筑舒适度性能的评价方法。通过虚拟激励法进行频域分析求得结构在随机风荷载作用下的响应特性,获得一次强风作用下结构各性能水平的可靠度;考虑工程场地可能出现的风荷载水平得到建筑生命周期内各舒适度性能水平的可靠度;同时根据 “投资-收益”准则建立基于舒适度性能的超高层建筑生命周期费用模型;该模型可以考虑不同设计方案下的生命周期费用,并可依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑进行了调频质量阻尼器(TMD)安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。     

高层建筑简化振型及在结构风振计算中的应用

基于弯剪型悬臂梁模型分析高层建筑的动力特性,给出控制高层建筑振型形状的特征参数;通过对具有不同特征参数的基阶振型曲线进行拟合分析,得到既形式简洁又能准确反映实际结构基阶振型的简化模型;同时,给出控制简化振型形状的振型指数的确定方案.将简化振型应用于实际高层建筑的结构风振计算,结果表明,采用该简化振型能更准确地体现风荷载沿建筑高度的分布情况,提高风荷载和风振响应计算的精度.     

降低超高层建筑横风向响应的气动措施研究进展

随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题.降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求.对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞等.同时,还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及对今后研究提出建议.     

超高层建筑抗风体型选取研究

为了研究超高层建筑体型选取时应注意的问题，分析总结了既有超高层建筑的体型特点，对其进行了归类，可将超高层建筑按体型特点大致以350 m和600 m为界分成3个级别.结合大量超高层建筑抗风设计实例及风洞试验结果，分析高宽比和长宽比对风致响应的影响.结果表明，明显弱轴的出现会显著降低结构效率，并结合工程实际对此给予了解释.对不同高度的超高层建筑体型设置给出了部分建议：当前抗风设计和研究应进一步考虑被分析对象在体型选取方面的现实性和合理性，应合理控制高宽比和长宽比以保证结构效率.     

粗糙条对某超高层建筑风荷载影响的风洞试验研究

超高层建筑外幕墙围护结构的骨架等粗糙条构件,会改变建筑表面绕流形态,从而对风效应产生影响,但目前我国建筑结构荷载规范中尚缺乏相关规定。文中以某典型超高层建筑项目为研究对象,对建筑模型表面设置粗糙条与去除粗糙条两种工况进行刚性模型同步测压试验对比研究,通过分析建筑模型表面风压系数、基底倾覆弯矩和体型系数等风荷载特性的变化,以研究建筑表面粗糙条对超高层建筑结构风荷载的影响规律。研究表明：设置粗糙条对建筑表面极值正压影响不大,但会显著降低建筑表面极值负压绝对值、最大降幅约39.8%,将显著影响建筑角区及侧风面,使建筑侧风面的平均和脉动风压系数显著减小、最大减幅分别为24%和30%,整体上,设置粗糙条有利于建筑围护结构的抗风设计。设置粗糙条会影响结构整体风荷载,在0°正吹风向角下,粗糙条会使建筑沿层高分段风荷载体型系数略微增大、最大增幅约为8%,使塔楼基底绕X轴的倾覆剪力和倾覆弯矩略微增大、增幅分别为4.9%和6.0%;设置粗糙条对建筑顶部峰值加速度极值出现的风向角有影响,且可降低峰值加速度幅值,降幅约为7.91%。     

基于神经网络的风电场超短期风速数值预报的动态修订

 针对风电场风功率预测所需的离地70m、0~4h的超短期风速预报,本文利用中央气象台发布的MM5格点输出的数值预报风速及测风塔实时发回的气象资料,探讨了利用神经网络将前期误差观测值和测风塔湍流指标等因子对MM5数值预报风速进行动态修订的方法,建立动态修订超短期预报模型,为满足风电场超短期风功率预报的工程应用提供一定的参考。结果表明,修订后的预报风速平均绝对误差等指标大幅降低,有效地提高了预报精度。     

鲁棒控制在高层建筑结构风振中的应用

针对结构的参数不确定性和结构的模型误差，将鲁棒控制理论引入结构控制中，提出了一种设计鲁棒控制器的简便方法，以Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ风谱为标准，建立了相应于各振型的广义脉动风成型滤波器，并进行了实例分析．仿真结果表明，在高层建筑结构的风振控制中应用本文所提供的方法能产生良好的控制效果，具有很强的鲁棒性．     

高层建筑风荷载高频测力天平试验技术

风荷载是高层建筑物的主要侧向控制荷载，准确地测量作用于建筑物上的静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应具有重要的工程意义，为此，采用目前国内外应用最广泛的高频动态天平技术对重庆某高层建筑的模型进行了风洞试验，研究了风荷载及其特性，给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底力与力矩系数，为该建筑物的结构抗风设计提供了依据．