高层建筑结构风振响应的特性
建筑物风振响应分析与减震设计
建筑物风振响应分析与减震设计引言：建筑物作为人类生活的重要组成部分，承载着人们居住、工作和娱乐的需求。
然而，当建筑物面临自然灾害或环境变化时，其结构与稳定性就成为关键问题。
其中，风振响应是建筑物设计中需要重点考虑的因素之一。
本文将探讨建筑物风振响应分析与减震设计的相关内容。
一、风振响应的原理与影响因素建筑物风振响应指的是建筑物在面对风力作用时产生的结构变形与振动现象。
这种响应是由风力引起的，主要受到以下几个因素的影响：1. 建筑物结构：建筑物的高度、形状、刚度以及材料的特性等都会影响其风振响应。
一般来说，高度较低、刚度较小的建筑物更容易产生较大的振动响应。
2. 风力特性：风力大小、方向、气流速度和气候条件等都会对建筑物产生不同的振动力。
风速越大、风向变化越剧烈，建筑物的风振响应相应增加。
3. 结构组合形式：建筑物的结构形式（如钢筋混凝土、钢结构等）会影响其振动频率和振幅。
不同的结构形式需要采用不同的减振措施。
二、风振响应分析方法为了评估建筑物的风振响应，工程师们通常采用数值分析方法和模型试验方法。
数值分析方法主要基于有限元理论，通过建立建筑物的数学模型，模拟风载作用，并求解其对建筑物结构的响应。
这种方法可以快速评估建筑物的振动性能，但需要准确的结构参数和边界条件。
模型试验方法则是通过搭建小型模型或使用风洞进行实验，测量建筑物在不同风速下的振动响应。
这种方法能够直接观测建筑物的振动情况，但需要大量的实验成本和时间。
结合数值分析方法和模型试验方法，可以较全面地评估建筑物的风振响应，并为减震设计提供准确的依据。
三、减震设计与实践为了减少建筑物的风振响应，工程师们通常采用减震设计。
减震设计主要包括两个方面：结构刚度的调整和减振措施的采用。
在结构刚度方面，通过增加建筑物的刚度，可以降低其受风力作用时的变形和振动。
例如，在高层建筑中，采用钢筋混凝土框架结构来提高整体的刚度。
减振措施方面，常见的方法有：1. 阻尼器：阻尼器是一种能够吸收和消散振动能量的装置，通常安装在建筑物的结构体系中，通过调整阻尼器的参数来减少建筑物的振动。
高层建筑风力与结构
高层建筑风力与结构风是一种常见的自然力量，对高层建筑的结构和安全性起着重要的影响。
在高层建筑的设计和建造过程中，风力的考虑必不可少。
本文将讨论高层建筑风力与结构之间的关系，并探讨常用的风力工程措施。
一、风对高层建筑的影响1. 风的基本概念和特性风是空气在不同气压情况下形成的气流，是由气压梯度力和科氏力共同作用引起的。
风具有方向和速度两个重要的属性，通常用风向和风速来描述。
2. 高层建筑受风力的影响高层建筑由于其较大的高度和突出的外形，面临着较大的风力冲击。
风力对高层建筑的主要影响包括：- 风压力：风对建筑物表面造成的压力，主要影响建筑物的外墙和立面结构。
- 风振动：高层建筑受到侧向风力的作用，容易发生振动现象，影响建筑物的稳定性和舒适性。
- 风扬力：针对高层建筑，风压力引起的向上力可能会对结构产生负面影响，需要适当控制。
二、高层建筑防风措施为了保证高层建筑的结构安全和稳定，需要采取一系列的防风措施。
以下是常见的防风措施：1. 结构设计优化在设计高层建筑结构时，需要充分考虑到风力的影响。
可以通过合理的剖面设计和结构布局来减小风力对建筑物的影响。
例如，采用流线型的外形和适当的空气动力学设计可以减小风的阻力和压力。
2. 风洞实验风洞实验是评估建筑物受风性能的重要手段。
通过在缩比风洞中模拟真实的风场条件，可以获得建筑物在不同风速和风向下的风压力和振动响应数据。
这些数据可以用来优化建筑物的结构设计，确保其在风力作用下的安全性。
3. 风阻力减小措施为了降低风阻力对建筑物的影响，可以采取以下措施：- 对建筑物表面进行光滑处理，减小表面粗糙度，降低风阻力；- 在建筑物上方设置护罩或封闭结构，减小风对建筑物的冲击；- 通过设置风洞附属结构，如风柱、风墙等来分散风力的作用；- 通过适当的分流设计来减缓向上的风扬力。
4. 结构抗风设计和控制高层建筑的结构需要具有良好的抗风能力。
对于高层建筑，结构设计和控制需要考虑以下因素：- 选择适当的材料和结构形式，提高结构的刚度和稳定性；- 采用防风索、抗风墙等措施来增加结构的抗风能力；- 通过控制结构的质量和刚度来减小结构的风振响应；- 在结构设计中考虑断面尺寸和构件连接的合理性，以提高结构的整体稳定性。
超高层建筑结构风振响应及控制
形 ； 构在反 复风振 作 用 下产 生 疲 劳破 坏 ； 结 构气 结 使 动弹性 不稳定 ； 结构 震动加 剧 ， 响高层 住宅舒适 度 。 影
有被 动控制 （ 如安 装黏 滞阻尼 器 、 弹性阻尼 器 、 频 黏 调
质量 阻 尼 器 、 频 液 体 阻 尼 器 ） 智 能 控 制 和 主 动 调 、
控 制 ］ 。
结 构风振 控制 的原理是 在结 构发 生风振 反应时 ， 由设 置在 结构 上 的一些 控 制装 置 主 动或 者 被 动地 施 加 一组控 制力 ， 以达 到减少 和抑制风 振反应 的一 种方
数相同。
置在 结构顶 部 以控 制 风 振 反 应 ， 结 构第 一 、 二 振 使 第
型 的阻尼水 平从 １ ％和 ０ ４ ． ％增加 到 １ ２ 和 １ ５ ， ．％ ．％
（ ）在伸 臂桁 架 层 的斜 撑 替 换 为 人 字 形 安 装 的 ３
２ 风 振控 制 应 用
结 构 体系 中， 风振 控 制装 置 属非 承 重构 件 ， 功 其
能仅在 结构 中发 挥 耗 能 作 用 ， 不 承担 导 荷 承 载 作 而 用， 即增 加风振 控制装 置不 改变主 体结构 竖 向受力 体 系 。一 般情 况下 ， 构 越 高 、 柔 、 结 越 跨度 越 大 、 振动 越 强 、 压越 高 ， 控制效 果越显 著 。 风 则
器对 其进 行风振 控制 ， 使结 构阻 尼 比从 ０ ８ ． ％提 高到
作者简介： 国军（ ９ ３ ， ， 徐 １ ７ 一）男 江苏南通人 ， 合肥工大建设监理有限责任公 司工程师 ２２ 《 １ 工程与建设》 ２ １ 年第 ２ ０１ ５卷第 ２期
高层建筑结构的抗风性能
高层建筑结构的抗风性能高层建筑结构的抗风性能一直是建筑工程领域中的一项重要考虑因素。
随着城市化的快速发展和人们对建筑宜居性要求的不断提高，高层建筑的数量不断增加。
同时，高层建筑也面临着日益复杂多变的气候条件和风力荷载带来的挑战。
因此，提高高层建筑结构的抗风性能成为了一个紧迫的问题。
一、设计准则高层建筑结构的抗风性能设计准则是确保其安全性与稳定性的基础。
设计师需要根据当地的气候条件、地理特点和地震风等环境因素，确定建筑结构的抗风设计要求。
通常采用的几个重要指标包括基本风压、抗倾覆力矩、抗风振频率等。
1. 基本风压：基本风压是指建筑物表面受到的风的压力，在设计中通常采用风压系数来表示。
这个系数可根据当地的风压设计规范或相关标准来确定。
2. 抗倾覆力矩：抗倾覆力矩是指建筑物在受到风力作用时所产生的倾覆力矩。
设计师需要通过结构设计的合理布局和加固措施来确保建筑物能够承受风力带来的倾覆力矩。
3. 抗风振频率：抗风振频率是指建筑物在风力作用下的振动频率。
这个频率需要根据风荷载的特点和建筑物的结构参数来确定，以避免共振效应，从而保证建筑物的稳定性。
二、结构设计高层建筑的结构设计是保证其抗风性能的关键环节。
常见的结构设计方法包括混凝土框架结构、钢筋混凝土结构和钢结构等。
它们在抗风性能方面具有各自的特点和优势。
1. 混凝土框架结构：混凝土框架结构是一种常用的高层建筑结构形式。
通过合理设置结构的剪力墙和筒体墙，可以使建筑物在受到风力作用时更加稳定。
2. 钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构利用钢筋和混凝土的优势相结合，既具备了钢的高强度和刚度，又能够有效利用混凝土的抗压性能，提高了整个结构的抗风能力。
3. 钢结构：钢结构以其轻巧、灵活和可塑性强的特点，成为高层建筑中常见的结构形式。
在设计中，可以通过钢管混凝土等方式进一步提升其抗风性能。
三、结构加固与措施为了进一步提高高层建筑结构的抗风性能，我们可以采取一些加固与措施。
例如：1. 设计适当的剪力墙和钢筋混凝土筒体墙来增强结构的整体稳定性。
高层建筑的风振效应与结构设计
高层建筑的风振效应与结构设计随着城市化的进程不断加快，高层建筑在我们的生活中占据了重要的地位。
然而，随之而来的一个问题就是高层建筑面临的风振效应。
高层建筑的结构设计需要考虑如何减小风振效应，保证建筑的安全性和稳定性。
一、风振效应的原理高层建筑受到风的作用会引起其产生共振，形成特定频率的振动，这就是风振效应。
当耐风设计不符合要求或者建筑结构强度不足时，风振效应会对建筑的结构产生严重影响，甚至造成倒塌。
二、风洞试验的重要性为了减小风振效应，高层建筑的结构设计通常需要进行风洞试验。
风洞试验通过模拟真实的气流条件，评估建筑在不同风速下的响应，从而找到合适的结构设计方案。
通过风洞试验，可以改善高层建筑的结构，提高其抗风性能。
三、主动控制防风技术除了通过结构设计来减小风振效应之外，主动控制防风技术也是一种有效的方法。
通过在建筑中设置主动控制装置，可以根据实时的风速和建筑的振动情况，调节建筑的阻尼力和刚度，从而减小风振效应的影响。
四、减小风振效应的其他措施除了风洞试验和主动控制装置之外，还有其他一些措施可以帮助减小风振效应。
例如，在建筑外部增加防风挡板、设置减震装置等。
这些措施都是为了增加建筑的稳定性，让人们能够安心居住和工作在高层建筑中。
五、从设计到施工的全过程管理要有效减小风振效应，需要从设计到施工的全过程管理。
在设计阶段，需要充分考虑建筑的抗风能力，并根据具体情况选择合适的结构设计方案。
在施工过程中，需要严格执行设计要求，确保结构的质量和稳定性。
六、结构设计与可持续发展高层建筑的结构设计不仅仅是为了减小风振效应，同时也需要考虑可持续发展的要求。
例如，结构设计可以采用节能材料，提高建筑的能源利用效率。
同时，结构设计还可以考虑生态环境的保护，减少对自然资源的消耗。
七、结语高层建筑的风振效应是一个复杂而重要的问题，涉及到结构设计、风洞试验、主动控制防风技术等多个领域。
通过综合运用这些方法和技术，我们可以有效减小风振效应的影响，保证高层建筑的安全性和稳定性。
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。
结构动力学中的风振问题分析
结构动力学中的风振问题分析结构动力学是研究结构在外界力作用下的振动行为的学科，而风振问题则是结构动力学中一个重要的研究方向。
本文将从风振问题的背景和原因、影响因素和评估方法等方面进行详细分析和讨论。
一、背景和原因在风振问题中，结构物在大风环境下会受到风力的作用，引起结构的振动。
风振问题主要存在于高层建筑、长跨度桥梁、烟囱、塔楼等高耸结构中。
这种振动既可能是结构自身的自由振动，也可能是受到风力激励后的强迫振动。
风振问题的产生原因可以归结为以下几点：1. 气象因素：大风引起的气动力是产生风振问题的主要原因之一。
气象因素包括风速、风向、风向变化频率等。
2. 结构刚度：结构刚度的大小将直接影响结构的振动特性，而刚度小的结构更容易受到风力的激励而发生振动。
3. 结构阻尼：结构的阻尼越小，振动越容易发生和持续。
因此，结构的阻尼对于风振问题的研究具有重要意义。
4. 结构质量：结构质量的大小也将影响结构的振动特性，质量越大，振动频率越低，风振问题相对较小。
二、影响因素风振问题的复杂性决定了其受到多个因素的共同影响。
主要的影响因素包括：1. 风速和风向：风速和风向是产生风振问题的主要因素，其中风速对结构振动的影响最为显著。
2. 结构特性：结构的刚度、质量和阻尼等特性将直接影响结构的振动响应。
3. 结构形状和几何尺寸：结构的形状和几何尺寸影响着结构对风力的反应，尤其是在流体作用下的层流和湍流区域。
4. 地面效应：结构与地面之间的交互作用对风振问题也具有重要影响。
三、评估方法针对风振问题，需要进行定量的评估和分析，以寻找有效的风振控制措施。
常用的评估方法包括：1. 数值模拟：通过数值模拟方法，可以模拟结构在大风作用下的振动响应。
常用的数值方法包括有限元法、计算流体力学方法等。
2. 风洞试验：风洞试验可以模拟真实的风场环境，并通过模型的测试来评估结构的振动响应。
风洞试验是评估风振问题最为直观和准确的方法之一。
3. 实测方法：通过实际的结构振动监测数据，可以对结构的风振问题进行评估和分析。
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。
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高层建筑结构风振响应的特性
发表时间：2017-08-15T15:27:47.360Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第9期作者：成佩玲
[导读] 根据风振响应阵型分解基本理论，通常将结构的动力响应分为共振响应和背景响应分别进行求解[1]。
新疆大学建筑设计研究院新疆 830000
摘要：高层建筑结构风振响应具有多模态参振及模态耦合效应显著的特点。
基于振型分解，本文采用分量叠加法对高层建筑结构的风振响应进行计算，其中，背景响应采用拟静力分析方法，共振响应采用SRSS和CQC两种组合形式进行计算。
同时，根据分量叠加法、优化的分量叠加法分析了高层建筑结构风振响应的特性，并将计算结果进行了分析比对。
最后，通过某高层建筑结构各分量的比例关系、位移响应等计算结果对所提出的结论进行了验证。
关键词：高层建筑结构，风振响应，背景响应，共振响应
1引言
根据风振响应阵型分解基本理论，通常将结构的动力响应分为共振响应和背景响应分别进行求解[1]。
根据分量叠加理论、优化的分量叠加理论、模态叠加理论等基本理论，分别推导适合高层建筑结构的风振响应计算公式。
已有研究成果表明，大跨屋盖结构风振响应计算须考虑多阶阵型的影响，以及模态间的耦合效应[2]。
本文以某一高层建筑结构为研究对象，分析此类高层建筑结构风振响应的特性。
2基于随机振动理论的分析方法
高层建筑结构在脉动风荷载作用下的运动方程为：
图4-1 顺风向（X轴）背景响应图4-2 横风向（Y轴）背景响应
由图4-1、图4-2所示的结果表明，背景响应随着建筑高度的增加，背景响应也在逐步增大，且采用SRSS组合方法与CQC组合方法得到的结果很相近。
以上说明在该高层建筑结构中，背景响应各个振型之间的耦合效应不明显，所以背景响应振型间的耦合作用基本上可以忽略，对计算结果影响不大。
与此同时，我们发现采用拟静力方法与振型叠加法得出的结果较为一致。
故采用拟静力方法求解更高效。
为反映共振响应振型之间的相关性对计算结果的影响，其计算分别采用了参振模态的背景响应和共振响应的CQC组合结果、SRSS组合结果，并将两种计算结果进行了对比。
计算结果显示，无论在横风向还是顺风向，采用CQC组合法和SRSS组合法进行振型叠加得到的共振响应都存在明显差异。
说明共振响应各振型之间的耦合效应对响应结果存在较大影响，振型间的耦合作用不能忽略。
传统的CQC法计算精度较为精确，但计算成本较高，尤其三针对高层建筑结构，消耗大量的计算资源。
若采用优化共振位移响应分量的计算，计算效率会大大提高。
故本文选取了10个不同高度位置且具有代表性的节点，采用SRSS组合法、CQC组合法和优化方法分别计算X向、Y向的位移极值响应的共振分量，并将统计结果进行误差分析。
计算结果将CQC组合得到的共振响应结果作为参考基准，发现采用SRSS组合计算出的共振响应方差会产生较大的误差。
与Y轴方向的结果相比，X轴方向的误差较明显，最大误差接近20%，在工程中这样的误差是不被允许的。
优化后共振响应的计算结果误差范围在2%以内，尤其是在Y轴方向更接近CQC组合法的结果。
为了更直观表达位移响应的变化情况，选取了不同高度位置的节点，在顺风向和横风向分别将利用这两种方法得到的脉动位移响应对比情况如图4-5和图4-6所示。
图4-5 顺风向脉动风振峰值响应图4-6 横风向脉动风振峰值响应
经过图形对比分析可以得出，优化后的分量叠加法计算出的动力响应值与之前的结果发生了明显的改变。
这是由于优化之后的分量叠加法基于时程响应，考虑了背景响应、共振响应各自模态间的耦合作用，以及背景响应与共振响应之间的耦合作用，致使两种结果的差异。
经验证，采用优化前后的分量叠加法得出的动力响应值差异较明显，优化后的分量叠加法与模态叠加法的计算结果十分相近，优化后的分量叠加法有效的考虑各振型之间的耦合效应，使得计算精度得到了有效地提高。
4 结论
（1）结构在脉动风振响应中主要体现其动力放大效应，背景响应采用拟静力方法求解更高效，背景响应振型间耦合作用不明显，基本上可以忽略；而共振响应振型间的耦合作用对位移响应结果会产生一定的影响，不能忽略。
（2）基于随机振动理论将结构响应分成背景响应和共振响应分别计算，这样可以大大缩减工作量。
但是，分量叠加法不能考虑振型之间的耦合效应，计算精度受到影响，而优化后的分量叠加法得到了明显的改善。
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