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.     

大跨屋盖结构位移风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行了分析,研究了不同情况下结构的位移风振系数及其变化规律,并与荷载风振系数进行了比较.结果表明:与荷载风振系数不同,大跨屋盖结构位移风振系数对位置以及阻尼比的变化不敏感,且结构整体的几何非线性对结构的荷载风振系数和位移风振系数影响相对均较小.在计算风振系数时,可以荷载风振系数为主,位移风振系数作为前者的补充.     

非规则高耸佛像的风洞试验及风振系数

以新疆西王母像为工程背景,对非规则高耸佛像进行了测压风洞试验,建立了复杂的三维钢骨架有限元模型,计算了结构的动力特性,并利用ANSYS参数化设计语言,编制了能够精确求解非规则高耸佛像风振响应的程序.在此基础上,通过风洞试验所得的风压系数,计算得到254个测点的荷载时程向量,并加载至有限元模型,计算了30个风向角下佛像各关键测点处的风振系数.研究结果表明:风洞实验所得的风压系数时程数据的精度较高,可以满足佛像风振系数的计算要求;对于非规则高耸佛像,其自振频率分布密集,基阶振型不是主控振型,不能直接采用《规范》所建议的风振系数,而应重新计算;风向角的变化对佛像风振系数的影响十分显著,应对最不利的风向角进行抗风验算.     

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.     

高层建筑风荷载计算中的基本振型表达式分析

通过对大量实测和计算数据的分析和拟合，得出了合理的高层建筑平动和扭转基本振型解析函数曲线，可为补充和修改我国高层建筑设计规范风荷载条文中的 振型表达式提供参考。同时，实例分析表明，在高层建筑的初步设计阶段，上述振型曲线在风荷载计算中的应用，可以提高计算精度。     

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。     

国内外风荷载规范的评估和展望

以随机振动理论为基础，对结构顺风向风振，推导了准确合理的公式，在此基础上对我国最新的风荷载规范（GB50009－2001）及世界各国主要的风荷载规范（包括标准）进行分析和评估，研究认为采用沿结构高度不变的风振系数是不合理的，这种 方法意味着由脉动风引起沿高度变化的振型惯性力的规律与平均风引起沿高度变化的静力规律相同。算例显示了这种方法的误差。在讨论的基础上，对21世纪风荷载规范作出展望。     

广义Maxwell阻尼器高层结构随机风振响应解析法

为解决设置广义Maxwell阻尼器的非定常耗能结构在随机风荷载作用下的随机响应采用传统方法比较繁琐及精度不高的问题,针对此类结构提出基于传递函数法的精确分析方法。首先,用微分积分混合方程组建立了结构的动力运动方程;其次用传递函数法及巴斯金相关函数的随机风振激励模型,获得了结构用第一振型表达的时域瞬态位移响应非扩阶解析解;然后,根据获得的解析解,运用随机振动方法获得了该类型耗能结构第一振型下的随机风振响应及楼层处等效静态风荷载设计取值的解析解,最后通过算例计算显示:设置阻尼器后结构的位移减少约36.7%,同时与数值方法计算结果完全吻合,证明了本文方法的优越性。由于采用巴斯金相关函数的随机风振激励模型,本文方法可以应用其他诸如地震、路面不平等激励下的振动响应。     

1000kV变电设备支架风振系数的研究

该文根据工程实际情况,对1000 k V设备支架风振系数进行研究,按照建筑结构荷载规范计算设备支架的风振系数,并与基于准定常理论以及Davenport谱的有限元分析所得的设备支架风振系数进行比较,结果表明按照建筑结构荷载规范计算的结果偏于保守。     

单层柱面网壳的风振响应

在脉动风作用下单层柱面网壳结构的风振响应与一般高层高耸建筑的响应有较大的区别，其主要贡献模态一般不是第一模态，而往往分布在前数十阶模态．寻找对网壳结构风振响应有主要贡献的模态具有重要的意义．文中采用考虑高阶振型共振响应的综合模态法，计算了单层柱面网壳的风振响应，分析了自振频率、阻尼比等因素对共振响应的贡献，讨论了计算综合模态时所需的振型数；针对结构自振频率的密集性，揭示了考虑振型互相关性的必要性、影响振型互相关性的因素和计算振型互相关性所需的振型数，并给出了具体结构的位移风振系数和内力风振系数．     

大跨屋盖结构荷载风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行分析,研究不同情况下结构的荷载风振系数和位移风振系数及其变化规律.研究表明:在同一风向角下,大跨屋盖结构的荷载风振系数对位置变化较敏感,偏于安全可以取荷载风振系数较大值,同时屋盖悬挑前缘节点荷载风振系数值较大.     

明置基础高层建筑风振时层状半空间地基材料阻尼比的研究

利用层状半空间地基上明置基础阻抗函数的简化计算公式,研究了明置基础高层建筑在动力风荷载作用下地基土材料阻尼比的取值范围。计算分析表明风振时层状场地地基土的材料阻尼比很小。一般不超过3％。因此,土一结构相互作用对高层建筑风振响应并不一定有利。对有明置基础的弯剪型钢筋混凝土框架剪力墙高层建筑结构,分别采用粘弹性均质半空间地基模型和层状半空间锥体地基模型,进行了风振响应分析,并将结果进行了对比。结果表明：采用层状半空间锥体地基模型时,一般考虑7层土介质已经可以基本满足要求;选用层状半空间锥体地基模型,结果较精确,但计算量大,而选用粘弹性均质半空间地基模型。偏于保守,但计算简便,精度可以满足工程实际的需要。     

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。     

高层、高耸结构抗风动力可靠度

利用风荷载作用下的高层、高耸建筑结构动响应特性，采用振型分解法并结合《建筑结构荷载规范》推导出结构动力响应统计参数的计算公式；根据随机振动的极值理论，利用得到的统计参数，采用正态分布法计算了抗风结构在一次强风作用下的动力可靠度；并通过风荷载出现频率的泊松分布假设，分析得到了抗风结构在设计基准期内的动力可靠度计算公式。算例证明此方法计算简单，易于工程应用。     

土-结构相互作用对高层建筑风振舒适度的影响

推导了脉动风荷载作用下考虑土 -结构相互作用时高层建筑结构加速度响应的计算公式 .算例表明土 -结构相互作用对高层建筑风振加速度响应有明显影响 .一般而言 ,在软土地基上土 -结构相互作用使高层建筑风振时加速度增加 ,从而增加了人体的不舒适感 ,甚至有可能影响到高层建筑的使用功能 ,故在设计时应引起重视     

门架式交通标志的风振系数计算

以一格构式门架为例，提出跨径较大的梁柱式门架的风振系数计算方法。首先进行模态分析，确定风荷载计算是否需要考虑风振系数，根据门架结构的特点，结合风振系数基本理论，推导出梁柱式门架风振系数的简化计算公式。对示例门架的计算结果表明：不考虑风振系数使风荷载取值减小约50％，不能保证门架结构的抗风安全；门架设计规范中风荷载取值不考虑风振系数只适用于传统的跨越半幅路基的小跨径门架。     

超高层建筑施工脚手架连墙件风载作用分析

目的研究风荷载对扣件式钢管脚手架连墙件的影响参数和计算方法,为超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计提供参考.方法按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定,结合工程实例,对超高层建筑施工脚手架风压标准值,风压随建筑物高度变化系数,风振系数等进行计算分析,选取合理的计算参数.结果得出实用、合理的风载作用体型系数计算中的挡风系数计算方法及实用的高度变化系数,给出风振系数的算法及单个连墙件水平风压标准值.结论超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计的风振作用应根据施工情况具体分析,在依据《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)基础上增加风振系数.     

格构式塔架动力风荷载解析模型

基于高频底座天平测力风洞试验, 得到了三种典型的格构式塔架的顺风向、横风向与扭转向一阶振型广义荷载谱与均方根广义力系数.在此基础上,利用最小二乘法拟合,建立了格构式塔架的一阶振型广义风荷载谱解析模型.该模型与风洞试验结果吻合较好,可在此基础上建立格构式塔架二维或三维动力响应的频域计算方法.     

1000kV干字型铁塔风振系数研究

针对福州-厦门1 000 kV干字型耐张铁塔的结构抗风性能,在ANSYS软件中建立杆梁混合模型,由AutoCAD铁塔组装图计算挡风面积,采用AR法模拟风速时程并计算风荷载,通过时域法完成铁塔风振系数计算.仿真结果表明:与建筑规范相比,干字型铁塔的风振系数随高度增加而呈非线性、曲折形增长,其分布特性与铁塔质量和挡风面积的比值有关;由AutoCAD铁塔组装图计算挡风面积与填充系数为0.192 5时的经验公式计算结果较为接近,但是在横隔面处二者面积计算值差异比较大,也导致两种方法所得到的风振系数在横隔面处存在较大差异.