基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算，采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式，同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型，建立高层建筑风振系数计算的实用算式，并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明，该方法考虑了不同高层建筑振型的特点，既提高了计算精度，简单实用，又便于与国际主流荷载规范接轨。     

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.     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑，由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响，其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法，推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上，基于各层内力响应等效，建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后，结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验，分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑，振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视，若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载，特别是扭转向等效静力风荷载. 此外，偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

考虑非线性振型的顺风向广义气动力谱

在顺风向,结合脉动风荷载相干函数、平均风速剖面指数和振型指数,采用数值积分的方法得出了非线性振型对高层建筑广义气动力谱的数值,并通过多元线性回归分析推导出了该数值的拟合公式,以及通过风洞试验证实了该公式的可靠性.以振型指数为参数,讨论了非线性振型对高层建筑广义气动力谱的影响:当振型指数小于1时,修正系数大于1,即以传统方法计算得出的广义气动力谱是偏小的,此时对结构设计而言是偏于不安全的;反之则小于1.基于线性振型计算得到的广义气动力谱,当采用建筑结构荷载规范的基本振型时,建议采用1.1的修正系数进行修正.     

基于Ritz-POD法的格构式塔架结构风致振动分析

根据自立式塔架结构脉动风荷载的空间分布形式,实现了本征特征分解(proper orthogonal decomposition,POD)和基于荷载-里兹模态分析相结合的Ritz-POD算法求解Ritz振型,并结合谐波激励法(harmonic excitation method,HEM)和荷载-响应相关法(load response correlation method,LRC)实现了塔架结构风振响应和等效静力风荷载(equivalent static wind load,ESWL)的高效分析。计算结果表明:采用40阶基于荷载-里兹振型和100阶传统自由振动振型计算的节点风振响应和等效静力风荷载结果及变化规律一致且二者吻合度高,说明较少阶Ritz振型的计算精度是能够保障的。并且较少阶Ritz振型减少了谐波激励法与荷载-响应相关法的运算工作量,提高了风致振动分析的效率。另外,本文利用大型通用有限元软件SAP2000基于MATLAB系统的应用程序接口(API)开发环境,实现了塔架结构风致动力响应和等效静力风荷载的高效分析平台,可为其他大型复杂工程的风致振动分析提供参考。     

水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究

为对水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计展开研究,首先阐释了水平地震作用下高层框架-剪力墙结构体系的动力特性,分析了风载作用下结构的风振响应及风荷载标准值计算方法.以某大厦为研究对象,从结构选型与布置、荷载标准值、主附楼之间的连接构造、基础的埋深、持力层的选择等方面对其展开结构设计计算,对结构自振周期、结构自振振型以及地震荷载或风荷载作用下产生位移结果展开了分析.研究结果表明:所研究建筑在水平荷载控制下,结构布置合理,变形满足要求,设计计算结果准确.     

高层建筑抗震设计振型数目选取原则

针对<建筑抗震设计规范>中高层建筑结构抗震设计时振型数目选取规定不明确的问题,研究了高层建筑结构抗震计算中诸多影响因素与振型选取的关系.经过动力学分析,认为不同的高振型会影响基底剪力沿结构高度的分布;振型参与质量是基于基底剪力等效得到的反映各阶振型对基底剪力贡献大小的参数;高层建筑抗震计算的振型数目选取与振型参与质量有关.研究结果表明:高层建筑结构抗震设计中高振型的影响不容忽视,在底部剪力和顶端位移误差小于5%的情况下,累计质量参与系数应大于90%;对于不规则结构,动力荷载参与系数应大于95%.     

基于高层建筑主体结构的中美风荷载计算分析对比

基于中美两国荷载规范,采用参数对比分析,讨论了二者高层建筑主体结构风荷载值计算的异同。分析了基本风速、风振系数、风载体型系数以及风压高度变化系数等参数的取值差异和原因。在此基础上,分别运用中美规范计算了某高层结构的风荷载标准值,结果表明,按美国规程计算的风荷载标准值大于按中国规范计算的值,但随着高度的增加差距逐渐缩小。     

高层建筑动力分析的一种实用方法

本文研究了高层建筑空间分析地震荷载的计算问题.在计算地震力时,由于空间振型的相互耦合,要确定相应地震方向的主振型就比较困难.针对此问题,本文提出一个实用方法计算结构体系的动力特性,此法能直接给出相应地震力方向的主振型.计算例题结果表明,本文方法的精度能满足实际工程的要求.     

某高层建筑风致振动惯性力的试验研究

利用高频天平,通过缩尺比为1：500的模型风洞试验,测量了在16个来流风向下某高层建筑模型底部的风荷载．根据试验结果,计算了该高层建筑的风致动态响应;结合当地的气象风速资料,并通过概率分布计算,给出了50a重现期风速下的风致振动惯性力最大值,从而为该高层建筑的设计提供了风荷载依据。     

偏心超高层建筑的风振研究

基于结构随机振动理论,考虑了结构振型耦合以及风力相关性的影响,推导了偏心超高层建筑弯扭耦合风振计算公式.利用风洞试验获得的脉动风力数据计算了矩形截面偏心结构的风振响应,从舒适性角度研究偏心位置和截面厚宽比对结构风致振动加速度的影响.研究结果表明,当建筑短边迎风且刚心和质心在顺风向偏离时,风振响应显著增大.     

高层建筑附着升降脚手架风洞实验研究

提出了脚手架的阻力系数概念,并通过风洞静气动测力实验获得了高层建筑附着升脚架的阻力系数。经过理论证明,该阻力系数与风载体型系数在理论意义上是一致的。在风洞实验中,针对脚手架的挡风情况和附着建筑结构的开洞情况对缩尺模型考虑了260种工况组合。根据实验结果分析,得出量纲为1的气动力系数,进而得到了脚手架的阻力系数。文中根据脚手架的挡风情况及附着施工结构体的结构形式绘制了附着升降脚手架阻力系数建议图表。文中还分析了影响附着升降脚手架阻力系数的诸多因素,并依此提出了对脚手架架体进行结构优化的建议。     

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．     

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。     

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.     

基于一阶振型斜率的剪切型建筑结构损伤定位

提出了一种利用结构一阶振型斜率改变判断剪切型结构损伤位置的方法.首先,进行结构振型和振型斜率对损伤的敏感性分析,导出敏感性系数表达式.然后,计算结构损伤前后的一阶振型斜率差.最后,在敏感性分析和计算得到的结构一阶振型斜率差的基础上,通过迭代计算消除多损伤引起的振型斜率改变叠加进行损伤定位.通过10层剪切型框架结构不同损伤工况的数值分析表明,所提出的算法能够正确识别所有的损伤位置.     

基于ETABS的双塔楼高层建筑结构动力特性研究

地震作用下高层建筑动力响应分析对高层建筑的安全设计是不可缺少的.针对高层建筑的受力特点,运用结构分析软件ETABS和振型分解法,对双塔楼结构在水平地震作用下的动力方程进行了分析,对振型和振型参与系数的选取进行了探讨,并对计算模型的选取进行了讨论.在检验结构的抗震性能的同时也验证了模型的可行性和高层建筑结构振型的复杂性.     

高层建筑的扭转风荷载功率谱密度

利用高频天平技术，在四种不同风场中对13种不同尺寸的矩形超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验，测量了这些模型的基底扭矩，即一阶广义扭转风荷载，考察了风场类型、模型长细比、厚宽比对高层建筑扭转广义风荷载谱的影响，并拟合出一个以风场类型、模型长细比、厚宽比为参数的高层建筑扭转广义风荷载谱的闭合表达式．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．     

高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.