高层建筑的风振控制研究

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浅谈高层建筑抗风设计及风振有效控制方法

浅谈高层建筑抗风设计及风振有效控制方法
载的试验中 , 型风洞试验是必不可少 的。 模 22风荷载分类 . 221 风向荷 载 ..顺 顺 风向风荷载 , 即与风的方向一致的风力作用 , 是高层建筑承受 的
构 的动力反应 。被动 控制的 主要思想 就是通过增加结 构阻尼 , 高构 提 件 延性 以及采用 附加的耗能 系统来 提高建筑 的抗振 能力以及舒适 性。 对 于钢结构而言重量 轻 、 阻尼小 , 以更易采用结构 振动控制措施 , 所 以
开发 了具有多种耗能机制的复合型耗 能器 。 耗能减振系统可分 为两类 : 1耗能构件减振体系 , ) 利用结构 的非承重构件作 为耗能装置 , 常用 的耗能构件包括耗能支撑 、 耗能剪力墙等 。 2 阻尼 器减振系统 , ) 包括摩擦阻尼器 、 软钢和合金 阻尼器 、 阻尼 铅 器、 粘弹性阻尼器 V D 油阻尼器等 。 E 、
1前 言 .
T MD 系统
31 制的概念 .控 ’ 控制最早是 由 K b r M n i 16 年 提出的 。与结 构 自身 的加 ao 和 i 在 9 0 i a 固和加强相 比 , 结构 中引进 附加控制系统具 有明显 的优势 。从 策略上
随着全球经济 的迅速发展 , 在世 界各地 区都 兴建了大量 的( ) 超 高 层建筑 , 超 ) 在( 高层建筑结构抗侧力体系设计 中, 一般风荷载和地震荷 载是主要 的荷 载。风压会造成 高层建筑产生 过大的变形 和振 动 , 如果 建筑抗 风设 计不当 , 或者导致建筑产生过大的变形 , 会致使建筑产生局
提高结构 的抗风抗震能力 。 3 .耗能减振系统 .1 2 耗 能减振 技术 主要通过在 结构 的某些部 位增设 耗能 器或耗 能部
件, 为结构提供一定 的附加 刚度 或附加阻尼 。在风荷 载作用 时 , 阻尼器 产生较大 的阻尼 , 大量耗散能量 , 使主体结构 的动力反应减小 , 从而更 好地保护 主体 结构的安全 , 一种有效 、 是 安全 、 经济且 日 成熟的工程 渐 减振技术。 目前开发的耗能装置主要有金属耗能器 、 摩擦耗能器 、 粘弹

高层建筑MTMD风振控制优化研究

高层建筑MTMD风振控制优化研究
MTMD 的 动 力 方 程

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是难 以避 免 的 。因 此 , TMD 的有 效 控制 频 带 很窄 。 为 了改 善 TMD 的 性 能 ,g s Iu a和 Xu】 出 利用 多 [提
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研 究 基 础 上 , 高层 建 筑 在 白噪 声 作 用 下 MT 对 MD
的特 性及 参 数 ( 带 宽 度 y T 频 、 MD 的数 量 和阻 尼 比 ) 的影 响作进 一 步讨论 。
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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$ # !-$ 。 !
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超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术研究

超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术研究

超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术研究超高层建筑是现代城市的标志性建筑之一,然而,随着建筑高度的增加,其在强风环境下存在严重的风振问题。

风振现象不仅会导致超高层建筑剧烈的摇摆,甚至可能引发结构破坏和安全隐患。

因此,研究超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术具有重要的工程应用价值。

首先,针对超高层建筑结构风振问题的研究,需要进行风洞试验和数值模拟分析。

风洞试验可以通过模拟真实的风场环境,获取结构在风力作用下的响应。

通过风洞试验可以确定结构的风荷载分布及其对结构的力学性能的影响。

同时,数值模拟分析也是研究超高层建筑结构风振响应的重要手段。

基于ANSYS等有限元软件,可以对超高层建筑进行模拟,预测结构的风振响应。

其次,为了减小超高层建筑的风振响应,需采取有效的抑制技术。

目前,常用的抑制技术主要包括被动控制、主动控制和半主动控制。

被动控制技术是通过优化结构的刚度和阻尼特性,减小结构对风荷载的响应。

常见的被动控制技术包括质量调节、增加剪力墙等。

主动控制技术则是通过使用传感器和执行器,对结构进行实时监测和调节,以抑制结构的振动。

而半主动控制技术则是被动和主动控制的结合,兼具两者的优点。

在具体研究超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术的过程中,需要考虑多方面的因素。

首先,要充分地了解超高层建筑的结构特点和风动力学特性。

超高层建筑的结构比较复杂,一般由钢结构和混凝土结构组成。

其风动力学特性则受到结构形态和风洞效应的影响。

因此,在进行风振响应分析时,需要综合考虑这些因素,并建立准确的数学模型。

此外,对于超高层建筑的风振响应抑制技术研究,还需考虑经济性和可行性。

抑制技术的实施会增加工程的投资成本,因此,需要权衡抑制效果与成本。

同时,超高层建筑已经建成,抑制技术的实施需要考虑施工的可行性和结构的可操作性。

因此,在研究过程中还需要充分考虑这些实际问题,并提出合理的解决方案。

总结而言,超高层建筑结构风振响应分析与抑制技术研究是一个复杂且具有挑战性的课题。

高层装配式建筑施工中的风振响应分析方法

高层装配式建筑施工中的风振响应分析方法

高层装配式建筑施工中的风振响应分析方法随着城市化进程不断加速,高层建筑在城市中得到越来越广泛的应用。

然而,由于其在施工过程中的特殊性质,风振问题成为需要解决的重要难题。

本文将介绍高层装配式建筑施工中风振响应分析的方法,并且讨论其应对风振问题的可行性。

一、高层装配式建筑风振响应分析方法在进行高层装配式建筑施工中的风振响应分析时,主要采用以下几种方法:1. 地面试验法地面试验法通常通过模拟真实场景下的气候条件和风力,利用大型模型进行试验观测。

这种方法可以帮助研究人员更好地理解和预测建筑物在不同条件下的风振响应情况。

通过不同参数调整和变化等手段,进一步优化设计方案以降低风振问题。

2. 数值模拟法数值模拟法是一种常用且有效的方法。

通过利用计算机软件对高层装配式建筑施工中的风振响应进行数值模拟,可以准确地预测建筑物在不同风速下的振动状况。

这种方法可以根据具体情况对建筑结构参数、材料特性和环境条件等进行细致分析,为设计和施工提供科学依据。

3. 桥梁测试法桥梁测试法是一种借鉴桥梁工程领域常用的方法。

通过在高层装配式建筑上安装传感器,实时监测和记录风力引起的振动数据。

这样可以获得真实而准确的风振响应结果,并及时采取相应措施来降低振动影响。

二、高层装配式建筑施工中的风振问题及其影响高层装配式建筑因其自身结构与施工方式的特殊性,容易受到外部风力作用而产生较大幅度的振动。

风振问题主要表现为以下几个方面:1. 结构安全隐患风力引起的振动可能会导致高层装配式建筑结构疲劳甚至损坏。

这种情况对于已经施工完毕的建筑物来说,可能会带来严重的安全隐患。

2. 使用舒适性下降高层装配式建筑中的风振问题也会对居住者的使用舒适性产生影响。

长期以来,人们一直在追求高楼大厦的景观和环境优势,但是由于风振问题带来的不稳定性,使得建筑物内部产生明显晃动感,降低了使用者的舒适程度。

3. 破坏周边环境风振引起的噪音和震动还有可能对周围环境造成一定影响。

高层建筑结构的风致振动控制

高层建筑结构的风致振动控制

高层建筑结构的风致振动控制在高层建筑结构设计和建造过程中,风致振动是一个重要的问题。

高楼居住者经常会感受到建筑物在强风中的晃动,这不仅影响住户的生活质量,还可能对建筑的结构稳定性产生负面影响。

因此,高层建筑结构的风致振动控制成为了研究的热点之一。

一、引言在引言中,我们将介绍高层建筑结构的风致振动控制的重要性,并提出本文研究的目的和意义。

二、背景这一部分将介绍高层建筑结构的基本特点和存在的挑战,特别是在面对大风时的振动问题。

我们还将简要讨论目前已有的研究成果和现有的风振控制方法。

三、风致振动现象的原理在这一部分,我们将解释高层建筑结构在风力作用下发生振动的原理。

这涉及到风荷载的作用机制以及结构的固有频率等基础知识。

四、风振控制方法本部分将介绍目前常用的风振控制方法,包括质量阻尼、刚度控制和主动控制等。

针对每种方法,我们将详细说明其工作原理和应用范围,并给出实例进行说明。

五、质量阻尼方法质量阻尼是一种被广泛应用于高层建筑结构的振动控制方法。

我们将介绍质量阻尼器的工作原理和种类,并分析其在不同情况下的有效性和适用性。

六、刚度控制方法刚度控制作为另一种常见的风振控制方法,可以通过调整结构的刚度来减小振动幅值。

我们将介绍刚度调整的原理和方法,并探讨其在实际工程中的应用情况。

七、主动控制方法相较于质量阻尼和刚度控制,主动控制是一种更加先进和灵活的振动控制方法。

我们将介绍主动控制方法的原理和实现方式,并分析其在高层建筑结构中的潜在应用前景。

八、结论在本文的结尾,我们将总结不同风振控制方法的优缺点,并对未来的研究方向进行展望。

我们还将强调高层建筑结构的风致振动控制对于建筑的安全性和居住者的舒适性的重要意义。

通过以上的分节论述,我们全面而系统地介绍了高层建筑结构的风致振动控制方法。

这些方法旨在减小建筑物在强风作用下的振动幅值,提高建筑物的稳定性和居住者的生活质量。

随着技术的不断进步和研究的深入,我们相信未来会有更多创新的方法和技术用于风振控制。

高层建筑的风振响应分析

高层建筑的风振响应分析

高层建筑的风振响应分析随着城市化进程的加速,高层建筑的数量不断增长,人们的居住和工作条件得到了大幅提升。

然而,高层建筑面对的风险问题也日益凸显。

其中,风振问题是高层建筑中最为普遍和重要的问题之一。

风振产生的噪音、震动和摆动会影响到建筑物结构安全和使用舒适性。

因此,需要对高层建筑的风振响应进行分析和预测,以保证建筑物的安全性、稳定性和舒适性。

一、风场特征高层建筑风振响应的特征与气象、地形和建筑物本身特征有关。

首先,气象因素会对风场的形式和能量分布产生影响。

气象因素可以分为静态和动态两类。

静态气象因素包括气温、湿度、气压等,这些因素对风场的形式和大小影响有限。

动态气象因素主要包括风速、风向、风向频率分布等。

由于风速和风向动态变化,导致风场的空间分布和大小变化,对高层建筑风振响应产生影响。

其次,地形的高度、坡度等地形特点对风场的形态和空间分布产生影响。

由于地形的起伏和坡度,使得风场的大小、速度和方向有所变化。

在城市建设中,建筑物的密集和高度差异也会对风场的形态产生影响。

建筑物之间的流场介于平稳和紊流之间,具有局部涡旋形成的特点,使得风场的大小和方向变化更为复杂。

最后,建筑物本身的特性会对风场产生反射、折射、扭曲和干涉等影响,从而使得风场的大小和方向发生改变。

随着建筑物高度的增加,建筑物本身的增大、缩小、侵入和曲线等特性越发明显,对风场的影响越来越重要。

二、风振响应特征所谓的风振响应是指建筑物在风作用下所发生的振动现象。

一般来说,建筑物在风作用下的振幅会随建筑物高度增加而增加,振动频率也会随建筑物高度增加而升高。

此外,建筑物的诸如刚度、质量等特性与风场的结构、强度等因素也会对建筑物的振动响应特性产生影响。

振幅和频率是评价建筑物风振响应影响的重要指标。

建筑物在风作用下的振幅主要指建筑物振动的物理数量,是建筑物振动的量值;频率是指建筑物振动发生的速率,衡量振动的快慢。

因此,振幅和频率大小的评估可以直接影响到建筑物的结构安全和使用舒适性。

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。

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高层建筑的风振控制研究
摘要:高层建筑在风振作用下可能产生显著的振动,引起居住者或使用人员的
不舒适感,降低生活质量或生产效率,因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。

文中分析了高层建筑的外部风环境、内部风环,以及风振控制中的被动控制、主动控制和混合控制系统,这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。

关键词:风振控制;建筑风环境;控制系统
0 引言
高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展,使得结构的刚
度和阻尼不断下降,直接影响了高层建筑和高耸结构的正常使用。

建筑在风振作
用下可能产生显著的振动,引起居住者或使用人员的不舒适感,降低生活质量或
生产效率,因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。

本文基于人员不舒适感
分析了高层建筑风振控制,这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。

1 高层建筑的风环境
1.1 外部风环境
根据高层建筑物的外形,相互布局情况及风的相对方向,有可能测得的建筑
物外部环境的不舒适参数Ψ值,在风振舒适感控制中都是基于下述效应为基础。

(1)压力连通效应:当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时,若建筑物间的距离小于建筑物的高度,则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域,形成
街道风,在街道上形成不舒适区域。

(2)间隙效应:如图2所示,当风吹过突然变窄的剖面时(如底层拱廊),在该处形成不舒适区域。

图2 间隙效应
(3)拐角效应:如图3所示,当风垂直吹向建筑物时,在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域;有时,当两幢并排建筑
物的间距L≤2d(d为建筑物沿风向的长度)时,两幢间也形成不舒适区域。

图3 拐角效应
(4)尾流效应:如图4所示,在高层建筑物尾流区里,自气流分离点的下游处,形成不舒适的涡流区。

图4 尾流效应
(5)下洗涡流效应:如图5所示,当风吹向高层建筑物时,自驻点向下冲向地面形成涡流。

图5下洗涡流效应
2.2内部风环境
高层建筑的内部风环境是指,由于风荷载的作用,高层建筑受到脉动风影响
而发生振动现象,这种振动会给生活或者工作在高层建筑内部人带来不舒适感,
对高层建筑物的正常使用造成影响。

受脉动风影响容易形成较明显振动现象的建
筑物,大多是高度在30米以上、高宽比在1.5以上的建筑房屋,以及基本自振周期在0.25以上的高层建筑物。

《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3一2010)的3.7.6条规定:高度超过150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件,满足舒适度要求,按现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB5009一2001)2006年版的规定
经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速,在考虑相应的空气密度确定风压
值计算的顺风向和横风向结构顶点最大加速度不应超过的限值。

建筑物内部风环境所造成的不舒适程度与建筑物振动加速度之间的对应关系
如表1所示。

表1人体舒适度与振动加速度限值关系
2 风振控制
2.1 被动控制
(1)耗能减振系统
耗能减振系统的设计原理是,在结构物中设置部分非承重构件作为消能元件,或者在某些部位安装阻尼器,通过阻尼器对作用在结构物上的风荷载形成较大阻
力来将大量能量耗散,从而减小主体结构的动力反应。

耗能减振系统按设计方式
的不同分为两类:一是将结构物中的非承重构件设置成耗能装置的耗能构件减振
体系,像耗能支撑、耗能剪力墙等;二是阻尼器减振系统,常见的部件包括VED (粘弹性阻尼器)、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。

VED(粘弹性阻尼器)具有简单方便、性能优良等特性,主要优点体现在两
方面:一是即使是对微小干扰造成结构物的振动,它也能够有效耗能;二是它的
应力和应变滞回曲线类似于椭圆形,表示很强的耗能能力。

在VED(粘弹性阻尼器)的设计过程中,要考虑到作为高分子聚合物的粘弹性材料所受到的环境、温度、工作频率等因素影响,对粘弹性阻尼材料进行合理设计。

(2)吸振减振系统
吸振减振技术的原理是转移结构振动,具体说就是通过将子结构附加在主结
构上,在两者之间重新分配结构振动能量,以实现构结构风振反应减小的目的。

常见的吸振减振装置主要包括TMD(调谐质量阻尼器)、TLD(调谐液体阻尼器)等。

(3) TMD(调谐质量阻尼器)系统
阻尼器是一个重量达数百吨、四周用弹簧连接的混凝土块,当建筑物在外力
的作用下产生摆动时,通过能量的传递,阻尼器也会同时发成摆动。

而根据提前
设计好的计算程序,阻尼器的摆动在方向上与建筑物的摆动刚好相反,在这相反
的摆动的作用下,建筑物本身的摆动就会被大大减小,这种技术也是目前很多摩
天大楼中所采用。

图6 TMD(调谐质量阻尼器)工作简图
TMD(调谐质量阻尼器)的组成部件包括质块,弹簧和阻尼系统,如图6所示。

它主要在建筑物较高位置安装,运作方式为钟摆形式。

其原理是通过调整到
与主结构频率相类似的振动频率来对结构共振的特性进行改变,从而达到系统减
震的目的和作用。

在结构物中安装TMD(调谐质量阻尼器),其作用就是当外
力F作用于结构物上时,它能够起到将基本构件的消能要求值减小的目的。

这种
减小是通过在结构物与其连接或固定的TMD(调谐质量阻尼器)两者之间的能量
传递来实现的。

给调谐质量阻尼器联通电源之后,如果建筑物受到强风作用而产生摇晃,传
感器就会将这种摇摆传给风阻尼器,然后风阻尼器通过其驱动装置来对配重物的
动作进行控制,从而最大程度地使建筑物的摇晃程度降到最低。

例如强风自北向
南吹,钢球就会像钟摆一样向北面摇摆,使风阻尼器会产生一种与风向相反的‘力量’,从而使建筑物的摇晃程度得以消减。

2.2主动控制
与被动控制相比,主动控制由于可以随着激励输入的变化而改变其实时控制力,其控制效果与外荷载之间不存在依赖关系,具有明显的优势。

当前对结构主动控制的研究还处在理论试验阶段,研究方法大多使用计算分析和模拟,研究内容主要集中在可行性分析、时滞效应和时滞补偿、控制参数对控制效果的影响等领域。

目前已经开发并应用的主动控制装置主要有: AMD(主动控制调谐质量阻尼器)、主动空气动力挡风板控制系统、主动支撑系统、气体脉冲发生器、线性马达控制系统等。

2.3 混合控制系统
混合控制指的是在同一个结构上既施加了主动控制同时又施加了被动控制的一种振动控制方式。

对被动控制来说,由于主动控制的引入增强了其控制效果,大大提高了系统的可靠度;对主动控制来说,由于被动控制的参与大大减小了系统所需要的主动控制力,既增强了稳定性,同时也增强了可靠性。

目前混合控制系统的结合方式主要有三种:一是AMD、TMD两者相结合,二是主动控制、耗能装置两者相结合,三是主动控制、基础隔震两者相结合。

3 小结
高层建筑及其群体的布局,可能造成对自身及其周围的不良风环境,当前在城市规划、建筑设计部门、施工单位等对建筑风振的分析已经非常必要了,文中分析的风振系统研究,详细给出了被动控制的设计需求,在实际的应用当中还应考虑主动控制以及混合系统的应用分析。

参考文献:
[1] 温建明,冯奇. 摩擦阻尼器在高层建筑风振控制中的应用[J]. 石家庄铁道学院学报(自然科学版). 2008(02)
[2] 哈莉娅•达力列汗. 高层建筑风荷载及其抗风设计[J]. 工业建筑. 2005(S1)
[3] 石立超,黄彦坤. 高层建筑风振研究[J]. 产业与科技论坛. 2010(11)
[4] 蔡志波. 高层建筑风荷载及抗风设计[J]. 中国水运(学术版). 2007(10)。

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