高层建筑风效应风振控制分析

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超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用

超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用

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高层建筑顶部幕墙结构的风振控制研究

高层建筑顶部幕墙结构的风振控制研究
收稿日期: (##$Q"" Q#& 基金项目: 国家自然科学基金重大国际合作项目( ’#’(#"&#(-$) 作者简介: 涂建维 ( "-)’ % ) , 男, 副教授, 武汉人, 主要 研究道路桥 梁 与结构工程。
<= 顶部幕墙结构的风效应
<> <= 风荷载的模拟 ! ! 平均风荷载可用如下公式计算 ( 0 ! 1 !2 ( # (") 其中 ( # 为基本风压, ! 1 为体型系数。由此可产 生 作用在主楼迎风面各楼层处及顶部幕墙结构迎风面 桁架各节点处的平均风力。 根据高耸结构的风致振动理论可知, 高层建筑 迎风面沿竖向各楼层处作用的脉动风力是一组具有 零均值的高斯平稳随机过程向量。它具有如下的功 率谱密度函数矩阵 [ 3{4} ( ") ] 0[ 3 4 ] 3 ( ") 5 (() 其中 3 ( 为规格化的 S9J4GP:;< 谱, [34 ] 为 . T. 5 ") 阶常量矩阵 ( . 为结 构楼层总数) , 它 的第 $ 行 第 6 列的元素为 3 4$ 6 0 # $ 6 4 $ 4 6 (&) 式中 # $ 6 0 4UP 7 8 2 $ 7 2 6 8 为脉 动风力的竖向 相 $# ! ! ! ( 干函 ; 4 $ 0 5 $ 1$ 2$ # !-$ 。 !
!"#"$%&’ () *()+%(,,-). +’" /-)0 1-2%$+-() (3 4$,, 56-,0-). 4(7 *6%+$-) /$,,
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高层建筑中的建筑噪声与振动控制

高层建筑中的建筑噪声与振动控制

高层建筑中的建筑噪声与振动控制高层建筑的崛起给城市带来了更多的生活空间和经济机会,但也带来了建筑噪声和振动的问题。

建筑噪声和振动对人们的健康和生活质量有着重要的影响。

因此,控制高层建筑中的建筑噪声和振动是一个迫切的任务。

一、建筑噪声建筑噪声是指建筑活动产生的噪音,包括施工噪声、机械噪声和装修噪声等。

高层建筑的施工过程中,常常会发出各种各样的噪音,如钻孔机的噪音、水泵的噪音等。

这些噪音不仅会给建筑工人带来工作压力,还会对周围的居民产生干扰和困扰。

为了控制高层建筑中的建筑噪声,可以从以下几个方面入手:1. 合理规划施工时间:在设计高层建筑施工计划时,应合理安排噪声产生的时间段,尽量避免在夜间或住户休息时间进行噪声较大的施工作业。

2. 采用噪声控制技术:高效的噪声控制技术可以减少噪声产生和传播的过程。

例如,在建筑设备上安装隔音装置,使用降噪材料进行隔音处理等。

3. 提高施工作业技术水平:通过改进施工作业工艺和技术,减少噪声的产生。

例如,使用先进的施工设备,合理安排作业流程等。

二、建筑振动建筑振动是指由建筑活动引起的土地振动,包括地震、施工振动等。

高层建筑的施工过程中,振动会对周围的土地、建筑物和人体健康产生一定的影响。

为了控制高层建筑中的建筑振动,可以从以下几个方面入手:1. 减少振动源:采用减振设备和技术,如在施工机械上安装减振装置,减少施工过程中的振动产生。

2. 引入振动隔离技术:通过设计和施工中的振动隔离措施,如在建筑物的基础上设置减振器、减震垫等,减少振动传导到建筑物的程度。

3. 定期监测和评估:建筑振动控制需要进行定期的振动监测和评估,以及相应的控制措施。

综上所述,要控制高层建筑中的建筑噪声和振动,需要综合运用技术手段和管理措施。

通过合理规划施工时间、采用噪声和振动控制技术、提高施工作业技术水平等,可以最大程度地减少影响人们健康和生活质量的建筑噪声和振动。

这样不仅可以保障居民的休息和工作环境,也可以确保高层建筑的稳定和安全运行。

浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计

浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计

浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计摘要:风荷载与高层建筑的安全和使用有着密切关系,过大的侧向位移会使结构产生过大的附加内力,这种内力与位移成正比,附加内力越大位移越大,以致形成恶性循环,可能导致或者加速建筑物的倒塌。

过大的侧向变形也会导致结构性的损坏或者裂缝,从而危及结构的正常使用,影响人们的生活和工作,本文简要介绍了风的起因、特性、风荷载的计算,以及高层建筑结构抗风设计。

关键词:风荷载;高层建筑;体型;抗风设计一、风荷载1、风的特性风是由于气压分布不均引起空气流动的结果,随着建筑物高度的增加,风速也会随之产生变化。

当气流遇到建筑物时,在建筑物表面产生吸力或者压力,即形成风荷载。

风荷载的大小主要与近地风的性质、风速、风向有关,也与建筑物的高度、形状和地表状况有关。

风荷载是由于建筑物阻塞大气边层气流运动而引起的,风荷载的特点有以下几点:1、风荷载与空间位置、时间有关,并且还受到地形、地貌、周围建筑环境的影响,具有不确定性;2、风荷载与建筑物的外形有关,建筑物不同部位对风的敏感程度不同;3、对于具有显著非线性特征的结构,风荷载可能会产生流固耦合反应;4、脉动风的强度、频率、风向是随机的,具有不确定性;5、风荷载具有静力和动力双重特点,动力部分即脉动风的作用会引起高层建筑物的振动。

建筑物风荷载主要包括三部分:平均风压产生的平均力、脉动风压产生的随机脉动力、由于风引起建筑物振动产生的惯性力。

2、风荷载的计算我国规范GB50009-2012《建筑结构荷载规范》规定,垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按下式计算式中:为风荷载标准值(KN/m2);为高度Z处的风振系数;为风荷载体型系数;为风压高度变化系数;为基本风压(KN/m2);基本风压与高层建筑结构的安全性、经济性、适用性有着密切关系,基本风压的确定方法和重现期关系到建筑结构在风荷载作用下的安全。

我国确定风压的方法包括对观测场地、风速仪的类型和高度以及统计方法的规定,重现期为50年的风压为基本风压。

高层建筑风振监测

高层建筑风振监测

高层建筑风振监测在现代城市的天际线中,高层建筑如林立的巨人般拔地而起。

然而,这些高耸入云的建筑在面对风的力量时,并非坚如磐石。

风振现象,就像是隐藏在风中的“敌人”,可能对高层建筑的结构安全和使用舒适性构成威胁。

为了保障高层建筑的安全稳定,风振监测成为了一项至关重要的工作。

风振,简单来说,就是风对高层建筑产生的振动效应。

当强风来袭,高层建筑会受到风的冲击和绕流作用,从而产生各种振动。

这些振动可能表现为水平方向的晃动、扭转振动,甚至是竖向的振动。

如果风振过于强烈,可能会导致建筑结构的疲劳损伤、构件连接的松动、甚至是整体结构的破坏。

同时,过大的振动也会让居住或工作在其中的人们感到不适,影响正常的生活和工作。

那么,如何进行高层建筑的风振监测呢?这可不是一件简单的事情,需要一系列先进的技术和设备的支持。

首先,监测系统的核心是传感器。

常见的传感器包括加速度传感器、位移传感器和风速风向传感器等。

加速度传感器可以测量建筑在不同方向上的振动加速度,通过对加速度数据的积分和处理,可以得到振动的速度和位移信息。

位移传感器则直接测量建筑结构的位移变化,能够更直观地反映建筑的变形情况。

风速风向传感器则用于获取风的相关信息,帮助分析风振的原因和规律。

这些传感器通常会被安装在建筑的关键部位,比如顶部、中部和底部等。

安装位置的选择需要经过精心的设计和计算,以确保能够准确捕捉到建筑的振动特征。

而且,传感器的安装必须牢固可靠,避免在监测过程中出现松动或失效的情况。

传感器采集到的数据需要通过数据采集设备进行收集和传输。

这些数据采集设备通常具有高精度、高采样率和大容量存储的特点,能够在恶劣的环境下稳定工作。

采集到的数据会通过有线或无线的方式传输到数据处理中心。

在数据处理中心,接收到的数据会经过一系列的处理和分析。

这包括数据的滤波、去噪、特征提取和模式识别等。

通过这些处理,可以去除掉无用的噪声和干扰信息,提取出反映风振特性的关键数据。

然后,利用专业的分析软件和算法,对风振数据进行深入的分析和评估。

楼群风效应对高层建筑的影响研究

楼群风效应对高层建筑的影响研究
第3 9卷 第 3 l期

4 6・
2 0 1 3年 1 1月
S H ANXI ARC HI T EC T URE
山 西 建 筑
Vo 1 . 3 9 No . 31 NO V. 201 3
文章编号 - 1 0 0 9 — 6 8 2 5 ( 2 0 1 3 ) 3 1 — 0 0 4 6 — 0 3
0 引言
已知高度的高层建筑 , 主要 控制变量 选择有 两个 : 周 围楼 群 的高
本文建 立一个 9 m×9 m 的等 间距 众多的统计 资料表 明, 风灾所造 成的损失为各 种 自然灾 害之 度和周 围楼群的问距 。因此 , 模 型群 , 由于考虑 对称性 , 只 取一半结 构分 析。边界条 件要 使边 首。2 0 0 4年 , 台风“ 云娜” 造成 我 国浙 江省 直 接 经 济 损失 高 达 界对研究 区域 的影响忽 略不计 , 阻塞率应 不大于 3 % 。计算 域 的 2 0 0多亿元人民币。2 0 0 9年 台风“ 莫拉克 ” 造成 中国台湾 、 大 陆近 确定除 了阻塞率要求以外 , 所研究建筑结构在计算 域 中所处 的位
计 中只重视考虑单独 的高层建筑而忽略周围建筑群和风 之间相 互作 用的问题 , 得 出了楼群效应较 大的影响着楼群风 压分 布和风
流 线 的结 论 。 关键词 : 高层建筑 , 风荷载 , 有 限体 积 法 中 图分 类 号 : T U 3 1 2 . 1 文献 标 识 码 : A
体流出, 无法满足边界条件 中出流面需要保 持所设定梯 度为零 的
初 始条件 , 从 而使 出流 面处 于因建筑 物 阻挡而 形成 的尾流 回流 中, 这样将会 导致 计算结 果偏差 很大 , 使结 果不可 信 ; 另一方 面 ,

高层建筑结构设计中的风荷载

高层建筑结构设计中的风荷载

式中 、 ”、 分 别 为脉 动 增 大 系数 、 脉 动 影 响系 数和 振 型 系 数 ,三者 可 以 查规 范 的表 格 得 到 。z m 为风 压 高度 变 化 系数 。
高层建筑风振控 制
高层建筑 的风振控制有多种方法, 包括调频质量阻尼器 ( T u n — z_ Z— Zd’ e d Ma s s Da m p e r ,简称 T MD) 、调频液柱阻尼器 ( T u n e d L i q u i d 其中z — — 离地 高 度 ( m) : D a mp e r ,简称 T L C D) 、调频液体阻尼器 ( T u n e d L i q u i d D mp a e r , z 厂一 零 平均 位 移 ( m o 简称 T L D) 、挡风板 ( Ae r o d y n a mi c A p p e n d a y s ) 控制、锚索控 制、 风压是建筑结构设计中的基本设计依据之一,其取值 的大小 粘弹性阻尼器一类的耗 能构件控制等 , 其 中, 调频质量阻尼器 、 挡 对高层 ( 高耸)和 大跨度结构的安全性、适用性、耐久性及是否经 风板控制和锚索控制等又分主动控制和被动控制 ,本文只对调频 济有密切 的关系. 基本风压 系以当地 比较空旷平坦地面上离地比较 质量阻尼器和调频业主阻尼器和粘弹性阻尼器等 比较 常见的被动 离地 1 0 m高统计所得的 5 0 年一遇 1 0 ai r n 平均最大风速、 按 = 1 P 2 风振 控 制 方 法进 行 介绍 。 调频 质 量 阻 尼器 ( T MD ) 确定的风压。基本风压值不得小于 0 . 3 k N/ m 。我国不 同城市和地 调频质量阻尼器在实际高层中已得到应用 , 例如 1 9 7 7年在美 区的基本风压直接查用 《 建筑结构荷载规范 》 的全国基本风压 分布 J o h n Ha n c o c k T o we r , B o s t o n) 和 1 9 7 8 图。当城市或建设地点的基本风压不能查收时 , 基本风压值可根据 国波 士顿约翰汉考克大厦 ( 年在纽约西蒂柯布中心 ( C i t i c o r p C e n t e r ,Ne wY o r k) 分别安装 了 当地年最大风速资料 ,按基本风压定义 ,通过统计分析确定。 调频质量阻尼器 ,西蒂柯布中心安装的调频质量阻尼器系统 。 调 频 液柱 阻尼 器 ( T L C D o调 频 液柱 阻 尼 器是 一 种 u 型 的管 风荷载的计算 风力的计算。风荷载是结构设计 的重要荷 载,在工程计算中, 状水箱 ,并在水平管得 中不设置格兰,为的是增加阻尼。u 型的 管状水箱安装固定在建筑物 的项部。当建筑物在风荷载作 用下运 常采用集中风荷载 动时 ,水箱将一 同运动一同运动 ,致使水箱中的水晃动 ,水晃动 P ) = ) + ( z ) 性力对水箱壁的作用就形成 了对建筑物的减振力。 式中 ,P ( z ) 为顺风 向 z高度处总静力风荷载 : ( z ) 为顺风向 z 产生的, 粘弹性阻尼器。正如减速器能使门的关 闭速度减缓那样 ,在 高度处静力风荷载 ; ( z ) 为顺风 向 Z高度 处风振动 力风荷 载。 高层建筑 物内部安装粘 弹性阻尼器 ,同样能达 到减小结构物摆动 ) = 皑 式中, Az为垂直于建筑物表面上平均风荷载受风面积 ( m ) ; 的 目的。粘弹性 阻尼器 已成功地应 用于 美国纽约世界 贸易中心 ( 1 1 0层 ) 和西雅图哥伦 比亚中心 ( 7 7层 )等大楼中。 为风荷载体型系数 : 在高层建筑和大跨度建筑结构设计 中,风振 Ⅱ 向 应和风振系数 为风压 高度变化系数 ; 是计算的重点和难点之一。我国的规范提供 高层高耸结构在顺向 为基 本 风压 。 风效应的风振 系数的计算 方法 ,这一方法不太适用于复杂高层建 筑和 大跨度建筑。因此 , 在复杂的高层建筑和大跨度建筑设计 时, ( 作者单位 :华侨大学土木工程学 院 ) 风荷载 的确定 需要采用其 它更精确 的方法来确定。

高层建筑的风载与地震载设计

高层建筑的风载与地震载设计

高层建筑的风载与地震载设计一、引言随着城市化进程的不断加快,高层建筑在城市中的比重越来越大。

然而,高楼大厦所处的环境复杂多变,不仅需要承受自身重力荷载,还需要考虑外部因素对其产生的影响,其中风载和地震载是最为重要的两项。

本文将重点讨论高层建筑的风载和地震载设计原理及方法。

二、风载设计1. 风压计算方法风是高层建筑结构受力的重要外部因素之一,而风压则是描述风对建筑物外立面产生作用的力。

根据《GB50009-2012建筑结构荷载规范》等相关规范,风载通常分为静风压和动态风压两部分。

静风压是指风作用下建筑物所受的静态压力,一般可根据建筑物外形采用简化公式计算;动态风压则是指风速变化引起的压力波动,需要考虑更多复杂因素。

2. 风振问题除了直接的风压作用外,高层建筑还会因为风致使结构发生振动,即所谓的风振问题。

当风速较大时,如果结构频率与风激励频率接近甚至相等,就会导致共振现象发生,加剧了结构受力情况。

因此,在设计过程中需要对结构进行合理的抗风振设计,避免共振现象的发生。

三、地震载设计1. 地震波与地震烈度地震是另一个常见的自然灾害,对高层建筑的破坏性极大。

在地震设计中需要考虑到地震波对结构产生的作用。

通常地震波可通过地震烈度参数进行描述,建筑物所受地震作用取决于地震波传递到建筑物基础下时的幅值和频率内容。

2. 结构抗震设计结构抗震设计是为了保证建筑物在发生地震时有足够抵抗破坏的能力。

常见的抗震措施包括设置剪力墙、加固节点连接等。

此外,在设计过程中还应考虑土壤条件、楼层质量、柱网间距等因素对结构抗震性能的影响。

四、综合考虑与优化1. 风载与地震载的叠加效应高层建筑在实际情况下受到的是同时存在的多种荷载作用,包括自重、风荷载、地震荷载等。

这些荷载不仅会单独作用于结构上,并且还会相互影响产生复杂叠加效应,因此在设计时需要综合考虑各种荷载对结构安全性的影响。

2. 结构优化设计为了更好地确保高层建筑在复杂环境下的安全性能,工程师们往往还会进行结构优化设计。

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高层建筑风效应及风振控制分析
摘要:科技的发展与应用,使高层建筑被普遍应用,在设计高层建筑的时候,需要注意风效应对其的影响。

既要满足居住需求,又要满足减少振动的要求,一般高层建筑风振控制有耗能减振系统、吸振减振系统、锚索控制、主动控制与混合控制系统等。

关键词:高层建筑;风效应;风振控制
随着经济的飞速发展与科学技术的广泛应用,高强度材料在高层建筑行业被普遍应用,使高层建筑与高耸结构不断出现,为建筑行业带来新的革命,也为城市居民生产生活带来了新形式。

高层建筑师在设计过程中,注意力多集中于建筑的平面功能布置、外观合理与空间的有效利用上,很少考虑到高层建筑间气流的影响问题。

如果高层建筑群之间的布局不合理,会为业主带来极大的不便。

高层建筑的主要荷载为水平风荷载,相比于地震等振动作用,风力作用频繁且持续时间长,影响力要大得多,为防止高层建筑在风力作用下出现倒塌、结构开裂等问题,必然要对高层建筑的风效应及风振控制进行合理的分析,使高层建筑结构抗风设计满足实际生活使用需求、安全需求、舒适度需求等。

一、高层建筑风效应的数值分析
以高层建筑小区风效应进行分析,常见高层建筑小区的布局有三种形式:行列式、错列式和周边式,针对这三种布局的高层建筑,利用计算机进行模拟数值分析,得出高层建筑群内气流流动速度,并分析其影响度。

数据举例:行列式为4排每排4栋,共计16栋;错列式为五排交错排列,共计18栋;周边式为4排,呈口字形排列,共计12栋。

行列式错列式周边式
拟定风向为正北和正西北两种,风速5m/s。

按人在1.8米位置进行计算。

其数值结果对比分析如下:
(一)正北风向时:行列式第三、四排的风速达最高;错列式在第一、二列的第四排侧;周边式在第一、三列第四排。

其涡流形式,除错列式中间位置出现涡流外,其他二种不出现或很少出现。

通过对风速的变化趋势进行对比发现:三种布局风速会沿建筑高速而增大,行列式排末高层的高速区可达5.8m/s;错列式高层高速区达7.7m/s;周边区则达6.8m/s。

由此可知,错列式末排高层住户承受的风速最大,且有涡流出现,其高层住户最高可达风速来流的1.5倍,对住户影响较大。

(二)西北风向下:在同样的情况下,分析西北风情况下上述三种布局的风速与涡流情况,发现三种布局形式中,依然是越往高层住户受风速影响越大,尤其是周边布局,最高速区可达来流的1.8倍;且周边式布局易出现涡流,与此同时,错列式在中间几排易出现,行列式则不易出现涡流。

(三)结论:通过以上对比发现,无论是哪种布局的高层建筑,越高的住户受风速影响越大。

由此得出,选择高层建筑布局要充分考虑当地实际情况,选择合适的高层建筑布局,同时,对高层建筑受风效应影响下的风振控制做进一步探讨。

二、高层建筑风振控制分析
由于以上数值分析得出,越是高层受风速影响越大,高层建筑的水平风荷载会引起很大的结构反应,同时建筑还应满足居住的需求。

在设计与建筑高层建筑时,要充分考虑到其抗风性的设计,但还应注意满足以下三点:第一,高层建筑结构的抗风设计在设计风荷载和其他荷载的组合作用下,必须满足强度的要求;第二,高层建筑结构在风力作用下必须满足刚度设计的要求;第三,高层建筑结构的抗风设计还必须满足舒适度的要求。

为满足以上三点,传统设计手段会提高结构的抗力,如增加结构截面面积等,但由于风荷载会引起较大的结构反应,目前解决这一问题的主要方法为结构振动控制方法,其主要措施有如下几点:(一)耗能减振系统
耗能减振系统是指将结构的某些非承重构件设计成耗能元件,或在其上设置阻尼器,在风荷载发生作用的时候,阻尼器产生较大阻尼,消耗风能,减少主体结构的振动反应。

如耗能支撑、耗能剪力墙等;阻尼器减振系统则包括粘弹性阻尼器、金属阻尼器和摩擦阻尼器等。

粘弹性阻尼器是其中被应用较早、且较为广泛的阻尼器,粘弹性阻尼器是一种较为简单、方便、性能优良的耗能控制装置,性质受外界影响较大,目前尚为完全建立起成熟的通用分析方法。

(二)吸振减振系统
吸振减振系统是通过主结构中附加子结构,通过主结构与子结
构之间重新分配使振动发生转移、减小的一种减振方式。

使其动力特征发生改变,从而达到减少结构动力反应的作用。

调谐质量阻尼器不仅用于新建高层建筑,还被广泛应用于已有建筑的抗震性能。

调谐液柱阻尼器是一种u形管状水箱,中间设有增加阻尼隔栅,利用水箱水晃动所产生的惯性达到减小结构的振动。

(三)锚索控制、主动控制与混合控制系统
锚索控制是指在风荷载的作用下,当结构发生振动,结构层面相对变形很小时锚索处于松弛状态;由于锚索控制法具有较好实用性,且锚索本身就是结构的一部分,因此易被设计师所接受。

主动控制则是一门新兴的交叉学科,由于不依赖于外荷载的特性,相对于被动控制具有较明显的优势。

但由于主动控制还处于探索阶段,国际上对其试验研究也不多见,其主要应用于日本。

混合控制系统是将被动控制与主动控制相结合,施于同一结构上的振动控制方式。

由于二者结合,取长补短,一方面被动控制由于引入主动控制,其控制效果增强,系统可靠度提升;另一方面主动控制由于加入被动控制,所需力度减小,系统的稳定性和可靠性都得到大大提高。

注:文章内的图表及公式请以pdf格式查看。

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