超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
(完整版)高层建筑在风荷载作用下的相关研究
高层建筑在强风作用下由于脉动风的影响将产生振动，这种振动有可能使在高层建筑内生活或工作的人在心理上产生不舒适的感觉,从而影响建筑物的正常使用”由于风是一种经常性的荷载作用,因此有必要将风引起的高层建筑的振动限制在人体舒适的感觉范围之内”重现期的选择也最大风速样本的取法影响着平均风速的数值”如果以口最大风速为样本,则一年有365个样本，平时低风速的口子的风速值占有很大的权，而最大风速那一天的风速只占1/365的权,因而最大风速重要性大大降低了，统计出的平均风速必将大大偏低"如果采用月最大风速,则每年最大风速在整个数列中也只占1/12的权,也降低了最大风速所起的重要性，所得结果也是偏低的"对十工程结构应该能承受一年中任何口子的极大风速,因此取年最大风速为样本”最大风速有它的自然周期，每年季节性地重复一次,因而采用年最大风速作为一个样本,较为合适”世界各国基本上是取年最大风速作为统计样本的”平均风的时距平均风速的数值与时距的取值有很大的关系”如果时距取得很短,例如3秒钟,则必定将记录中最大值附近的较大数据都突出反映在计算中,较低风速在平均风速中的作用难以得到反映，因而平均风速值很高”如果取得很长,例如1天，则必定将1天中大量的小风平均进去,较高风速在该长时距中起不到显著作用,其值一般偏低”一般来说,时距愈短,平均风速愈大，时距愈长，平均风速也就愈小"风速记录表明,阵风的卓越周期约为1min，通常认为10min(约10个周期)至1小时（约60个周期,由于阵风有较长的持续性,衰减较慢)其平均值基本上是一个稳定值,因而我国规范规定以10分钟作为取值标准”一般我们所研究的对象不会出现异常风的气候,称为良态气候"对十这种气候,我们可以认为年最大风速的每一个数据都对极值的概率特性起作用,因此，世界上许多国家把年最大风速作为概率统计的样本,由重现期和风速的概率分布获得该地区的设计最大风速，或者称为基本风速"我国规定基本风速采用极值I型概率分布函数进行统计分析"对于多层建筑和高层建筑的风致响应问题，连续体系，采用随机振动理论进行分析。
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下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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超高层建筑的抗风荷载与风振分析
超高层建筑的抗风荷载与风振分析在现代城市的天际线上，超高层建筑如同一颗颗璀璨的明珠，展现着人类建筑技术的伟大成就。
然而，这些高耸入云的建筑在面对大自然的力量时，尤其是风的作用，面临着巨大的挑战。
风荷载和由此引发的风振问题，是超高层建筑设计和施工中必须要重点考虑的关键因素。
风荷载，简单来说，就是风对建筑物表面产生的压力和吸力。
对于超高层建筑，由于其高度巨大，暴露在风中的面积也相应增大，所受到的风荷载就更为显著。
而且，随着高度的增加，风速也会增大，风的作用变得更加复杂。
风在超高层建筑周围流动时，会产生分离、漩涡和湍流等现象。
这些流动特性会导致风荷载的分布不均匀，在建筑的某些部位形成较大的压力或吸力，从而对结构的稳定性和安全性产生威胁。
例如，建筑的拐角处、屋顶边缘以及突出部分往往会受到较强的风作用。
风振则是风荷载作用下建筑物产生的振动现象。
这种振动可能是顺风向的，也可能是横风向的，甚至是扭转方向的。
风振不仅会使居住者感到不适，还可能导致结构的疲劳损伤，长期累积下来，可能会影响建筑的使用寿命，严重时甚至可能引发结构的破坏。
为了有效地应对风荷载和风振问题，工程师们在设计超高层建筑时采用了一系列的方法和技术。
首先是风洞试验。
这是一种通过在人工模拟的风环境中对建筑模型进行测试，来获取风荷载和风振特性的重要手段。
在风洞中，可以精确地控制风速、风向和湍流等参数，模拟出各种不同的风况。
通过在模型上布置传感器，可以测量出风作用下的压力、位移和加速度等数据，为设计提供可靠的依据。
其次是结构优化设计。
通过合理选择建筑的形状和结构体系，可以减小风荷载的影响。
例如，采用流线型的外形可以减少风的阻力，降低风荷载。
在结构体系方面，采用框架核心筒结构、巨型框架结构等具有良好抗侧力性能的体系，可以有效地抵抗风振作用。
再者，增加结构的阻尼也是一种常见的方法。
阻尼可以消耗振动能量，减小振动的幅度。
通过在结构中设置阻尼器，如粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器等，可以有效地控制风振响应。
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。
[应用]高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析[1]
![[应用]高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/471aa4489b6648d7c1c746f2.png)
高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析[1]致振动。
脉动风压是由于大气的湍流运动形成的动荷载。
建筑物周围脉动风压作用见图3[ 4 ]。
致振动。
脉动风压是由于大气的湍流运动形成的动荷载。
建筑物周围脉动风压作用见图3[ 4 ]。
第34卷第24期山西建筑Vol. 34 No. 24·86·2008年8月SHANXI ARCHITECTUREAug. 2008·结构·抗震·文章编号:100926825 (2008) 2420086202高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析秦力张学礼徐德永摘要:通过介绍我国高层建筑结构风荷载设计方法、风荷载作用形式及由风荷载引起的结构振动,结合工程实例,进行了较详细的结构振动反应计算,以供同类型风荷载作用下的振动分析参考借鉴。
关键词:高层建筑结构,脉动风压,结构振动中图分类号:TU312. 10 引言高层建筑上作用的水平荷载包括风荷载和水平地震作用。
风的作用是不规则的,风压随着风速、风向的紊乱变化而不断的变化。
风荷载是随时间波动的动力荷载。
对高层建筑而言,动力荷载是引起结构毁灭性破坏的主要原因,因此,在高层建筑结构设计和安全性评价时,进行结构的动力反应分析是非常必要的。
为简,对高度大且较柔的高层建筑,必须考虑其动力效应影响[1]化起见,某些结构设计规范或结构动力反应分析中的抗风分析采用一些拟静力计算方法[2] ,如风压采用等效静力形式,但仍必须进行结构的动力分析。
对于高层和超高层建筑的风振动力反应主要有以下3方面的考虑:1)由风振产生的惯性力在结构中引起附加应力;2)建筑结构振动加速度会使生活和工作在其中的人产生不舒适感[3] ;3)由于风振反应发生的频度较高,有可能使结构产生疲劳效应[2]。
文中通过介绍我国高层建筑结构风荷载设计方法、风荷载的作用形式及由风荷载引起的结构振动,详细论述了结构在顺风向、横风向脉动风荷载作用下和二者共同作用下产生的扭转作用的处理过程和引起结构振动反应分析的最新研究。
双塔高层建筑风荷载与风致响应研究的开题报告
双塔高层建筑风荷载与风致响应研究的开题报告一、选题背景及意义随着人们生活水平的提高，城市建设也愈加密集，高层建筑层出不穷。
在高楼林立的城市中，高层建筑常常会受到强风的袭击，容易出现倾斜、断裂、倒塌等安全隐患。
因此，研究高层建筑的风荷载及风致响应是非常必要的。
此次研究选取的是双塔高层建筑，该类型建筑特点是结构简单，高度较高，风荷载及风致响应会对其稳定性产生影响。
通过研究建筑物在不同风速下的荷载变化及响应，可以为该类建筑的设计及安全评估提供科学依据。
二、研究内容1. 国内外双塔高层建筑的研究现状及趋势通过查阅文献、资料等方式，了解目前国内外双塔高层建筑研究的现状及趋势，为后续的研究提供基础知识。
2. 双塔高层建筑的风荷载计算方法根据相关标准，对双塔高层建筑的风荷载进行计算，包括静风载、动风荷载等。
3. 风荷载对双塔高层建筑的影响通过数值模拟等手段，研究不同风速下风荷载的变化及其对双塔高层建筑的影响，探究其稳定性及安全隐患。
4. 双塔高层建筑的风致响应分析利用有限元软件等工具，对双塔高层建筑在风荷载作用下的响应进行分析，研究其振动特性及结构变形情况，为其结构设计提供参考。
三、研究方法1. 文献梳理法：通过查阅资料、文献等方式收集、整理与本课题相关的信息和资料。
2. 数值模拟法：利用CFD等数值模拟软件对双塔高层建筑在不同风速下的荷载进行计算和分析。
3. 有限元分析法：通过有限元软件对建筑物在风荷载作用下的响应进行分析，探究其振动特性及结构变形情况。
四、预期结果通过对双塔高层建筑的风荷载及风致响应研究，预期可以得到以下结果：1. 分析不同风速下双塔高层建筑的风荷载变化规律。
2. 分析风荷载对双塔高层建筑的影响及其稳定性。
3. 研究双塔高层建筑在风荷载作用下的振动特性及结构变形情况。
4. 提出优化设计建议，为该类建筑的安全性和稳定性提供科学的参考和依据。
五、研究进度安排第1-2周：查阅文献，了解双塔高层建筑的研究现状及趋势。
超高层建筑抗震性能与等效静力分析
超高层建筑抗震性能与等效静力分析近年来，随着城市化进程的不断加快，城市建筑的高度和密度也在逐渐提高。
尤其是超高层建筑，已经成为了现代城市建筑的代表之一。
然而，由于地震随时可能发生，超高层建筑的抗震性能就成为了重中之重。
为了保障超高层建筑的抗震能力，工程师们使用了等效静力分析等方法对其进行了深入研究。
一、超高层建筑抗震性能的重要性抗震设计是超高层建筑设计中的关键一环，是确保建筑物在地震中能够安全运行的重要手段。
在地震中，建筑物所受的震动荷载和其他荷载一样，都需要被构件所承受，承受能力不足则会发生破坏。
而超高层建筑的不稳定性、结构复杂性、高度限制等因素都会影响其抗震性能，因此，抗震设计的重要性不言而喻。
在抗震设计中，我们通常采用的方案是通过对建筑物结构进行强度和刚度的增强，以及加强结构的抗震能力。
而等效静力分析便是一种广泛采用的抗震设计方法。
二、等效静力分析等效静力分析，顾名思义，就是通过计算建筑物在地震中所受到的等效静力来确定其抗震能力。
其基本原理是通过科学合理的方法，将建筑物所受到的动态荷载转化为等效的静态荷载，再进行静力分析，得出建筑物的结构反应。
等效静力分析需要建筑物的结构方案，分析外荷载和土壤作用等因素，为建筑设计者提供了较为完整的建筑物抗震分析解决方案。
该方法不仅考虑了地震荷载的大小和方向等因素，还可分析建筑物各种荷载的组合作用，通过分析加强结构强度和刚度来提高建筑的抗震能力。
三、等效静力分析的优点相比于其他建筑抗震分析方法，等效静力分析有着以下几个优点：1. 等效静力分析可快速准确地分析建筑结构的强度和刚度指标，并有助于设计师快速制定合理的方案。
2. 等效静力分析利用简化的模型，不仅可以减轻建筑结构的复杂性，还可有效地分析建筑物在地震中的结构反应，并做出预测。
3. 等效静力分析能够对建筑物的不同部分进行分析，由此来优化建筑物的性能。
特别是对于不同部分所受的地震荷载的分析和优化，这种方法更是有效。
超高层建筑抗风性能的研究与应用
超高层建筑抗风性能的研究与应用在当今城市化进程不断加速的时代，超高层建筑如雨后春笋般在世界各地崛起。
这些高耸入云的建筑不仅是城市的地标，也是人类工程技术的伟大成就。
然而，随着高度的增加，风对超高层建筑的影响也变得愈发显著。
强风可能导致结构的振动、变形甚至破坏，严重威胁着建筑的安全性和使用功能。
因此，深入研究超高层建筑的抗风性能，并将研究成果应用于实际工程中，具有至关重要的意义。
超高层建筑所面临的风荷载是极其复杂的。
风的特性包括风速、风向、风的湍流强度等，都会对建筑产生不同程度的影响。
当风吹过超高层建筑时，会在建筑表面产生压力分布的变化，形成风吸力和风压力。
这种压力的变化可能导致建筑结构的受力不均，进而引发振动。
此外，风的湍流效应会使风的作用更加不稳定，增加了结构响应的复杂性。
为了研究超高层建筑的抗风性能，科研人员采用了多种先进的技术和方法。
风洞试验是其中最为常见和有效的手段之一。
在风洞中，可以模拟各种风况，对建筑模型进行测试，获取风荷载的数据以及结构的响应。
通过风洞试验，可以了解建筑在不同风向和风速下的受力情况，为结构设计提供重要的依据。
数值模拟也是研究超高层建筑抗风性能的重要方法之一。
借助计算机强大的计算能力，运用流体动力学的理论和方法，可以对风与建筑的相互作用进行数值模拟。
这种方法能够提供详细的风场信息和结构响应，帮助设计人员优化建筑的外形和结构布置。
在超高层建筑的抗风设计中，建筑的外形起着关键的作用。
流线型的外形能够有效地减小风的阻力，降低风荷载。
例如，一些超高层建筑采用了逐渐收窄的外形，或者在建筑顶部设置了防风的设施，以减少风对建筑的影响。
结构体系的选择也是抗风设计的重要方面。
框架核心筒结构、巨型框架结构等在超高层建筑中得到了广泛的应用。
这些结构体系具有较好的抗侧刚度和承载能力，能够有效地抵抗风荷载引起的水平力。
此外，阻尼装置的应用也能够提高超高层建筑的抗风性能。
阻尼器可以消耗风振能量，减小结构的振动响应。
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0.
44
CHale Waihona Puke i(t)(2)
高层建筑的计算采用简化层模型 , 作用于该建
筑上的风荷载以集中力的形式作用于各结构层上 ,
并且与结构层的自由度相对应 , 将沿建筑周向分布
的风荷载合成为水平方向的合力 Fx 、Fy 。结构第 j 测点层的水平力 F jx 、Fjy 分别为
n
∑ Fjx =
王松帆 ,汤 华
(广州市设计院 ,广东 广州 510620)
摘要 :为避免中国现行《建筑结构荷载规范》( GB 50009 —2001) 中所采用的风振系数仅考虑结构的 1 阶振型 ,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性 ,采用风 洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法 ,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰 和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响 应 。结果表明 :由于周围建筑的干扰 ,顺风向 、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同 ,其不利 角度也与规范存在差异 ;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考 。 关键词 :超高层建筑 ;风振响应 ;风洞试验 ;等效风荷载 ;抗风设计 中图分类号 : TU312. 1 文献标志码 :A
荷载均匀作用在每层上 。根据空气动力学原理 , 结 构各测压点上的净风压系数 CPi ( t) 为
结构特征的湍流特性 ,以及周围环境对建筑结构的 干扰作用 ,因而更为精确 。
CPi ( t) = Pui ( t) / ( P0 - P ∞)
(1)
式中 : Pui ( t) 为作用在测点 i 处的净风压 ; P0 、P∞分
Abstract : The wind vibratio n facto r in current L oa d Code f or Desi g n of B ui l di n g S t ruct u res ( GB 50009 —2001) in China was advanced o nly co nsidering t he first vibratio n shape of t he st ruct ure , but for super high2rise building st ruct ures wit h co mplex shape , t he above calculatio n met hod was inco mpletely reaso nable. Co nsidering t he influence of irregular st ruct ure , aerodynamic interference of adjacent buildings and cro ss2wind effect , aut hors o btained t he alo ng2wind and cro ss2wind equivalent static wind loads and wind2induced dynamic respo nse needed fo r wind resistant design of super high2rise building st ruct ures by using t he met hod of co mbining wind t unnel test wit h wind vibratio n respo nse calculatio n , and achieved good effect s in p roject p ractices. The result s show t hat because of interference of surro unding buildings , alo ng2wind and cro ss2wind equivalent static wind loads differ f ro m normal super high2rise buildings and t he disadvantageo us wind directio ns are inco nsistent f ro m t ho se shown in code. The co nclusio ns al so p rovide evidence and reference fo r wind resistant design of super high2rise building st ruct ures. Key words : super high2rise building ; wind vibratio n respo nse ; wind t unnel test ; equivalent static wind load ; wind resistant design
别为试验时参考高度处的总压和静压 ; t 为时间 。
参考点高度 (相当于实际高度) 为 190. 24 m , C
类地貌 , 基 本 风 压 取 0. 5 k Pa , 由 此 得 到 各 点 的
CPi ( t) 时程曲线 ,实际建筑中与测点 i 相对应的风压 Pri为
Pri ( t)
=
0.
308
×(
Pri ( t) co s αi ·L i
i =1
(3)
n
∑ Fjy =
Pri ( t) sin αi ·L i
i =1
式中 :αi 为测点 i 法线方向与 x 方向的夹角 ; L i 为
测点 i 控制的水平长度 ; n 为第 j 测点层总测点数 。
根据式 (3) 可以获得各测点层的风压合力 Fx 、 Fy 的时程 。SA TWE 模型中总共有 42 个结构层 。 风致动力响应计算中所需要的风压合力必须直接作
2 等效静风荷载和风振响应计算
2. 1 结构模型 建筑平面为 74 m ×40. 5 m 的近椭圆形 ,结构
采用钢筋混凝土框架2核心筒结构体系 ,风荷载计算 取阻尼比为 0. 05 。结构抗风设计分别采用 50 年一 遇基 本 风 压 0. 5 k Pa 和 100 年 一 遇 基 本 风 压 0. 6 k Pa ,建筑所在地接近于 C 类地貌 。结构舒适 度计算采用 10 年一遇基本风压 0. 3 k Pa ,阻尼比取 0. 02 。结构的前 16 阶振型自振频率见表 1 ,结构第
流的顺风向与横风向 ,因此该建筑并不按照顺风向 和横风向来划分结构的振动形式 ,主要给出了结构 x 方向和 y 方向的风致振动结果 。
50 年一遇风荷载作用下 ,结构顶点位移峰值随 风向角的变化如图 4 所示 。从图 4 可见 : x 方向顶 点位移峰值为 0. 171 6 m ,发生在 15°风向角下 ; y 方 向顶点位移峰值为 0. 082 4 m ,发生在 330°风向角下 。
用在结构层上 ,因此需要把风洞试验得到的 12 个测
点层的数据插值到 42 个结构层上 。得到每层的风
荷载时程 Fjx 、Fjy 后 ,通过傅里叶变换求得每层风荷 载的自功率荷载谱密度和互功率谱密度 , 以此作为
高层结构风振响应随机振动求解的荷载输入项 。
3 计算结果与分析
3. 1 位移响应 由于周围建筑物的干扰作用明显 ,较难区分来
4 0. 605 8
5 0. 747 4
6 0. 852 8
7 1. 132 0
8 1. 445 0
阶 次 自振频率/ Hz
9 1. 607 0
10 1. 793 0
11 1. 873 0
12 2. 002 0
13 2. 051 0
14 2. 280 0
15 2. 519 0
16 2. 559 0
第 1 期 王松帆 ,等 :超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
103
风振系数来表征高层建筑顺风向的动力风效应 ,其 计算公式基于规则结构 (如质量 、外形沿高度不变或 均匀变化) 提出 ,并仅考虑结构的 1 阶振型 ,不考虑 高阶振型的贡献 、扭转及横风效应 。由于目前实际 超高层建筑往往具有体型复杂 、周围建筑密集 、气动 力干扰明显等特征 ,仅按规范公式计算的风振系数 来考虑动力风效应 ,得到的结果不尽合理 。顺风向 湍流 、横风向湍流和旋涡脱落激励是构成动力风荷 载的主要激励机制[2] ,通过风洞试验和结构动力分 析合理地确定等效风荷载及结构动力响应 ,对于保 证设计合理和使用舒适性是非常必要的 。
1 阶振型主要表现为 x 方向的平动 , 第 2 阶振型主 要表现为 y 方向的平动 。
考虑到中国规范规定的很多结构控制要求 ,特 别是对于结构楼层位移 、层间相对位移与层高比值 和结构加速度的控制值都是基于楼板平面内无限刚 度假设制定的 ,因此采用简化层模型来计算该结构 的风振响应 ,可得到各个风向角下各楼层的位移 、加 速度的动力响应结果 。 2. 2 荷载施加方式 本次计算的结构动力风荷载取自风洞试验 ,风
0 引 言
一 。位于台风多发地区的超高层建筑的风致振动已 成为其结构设计需要考虑的首要因素 。中国现行
风荷载是超高层建筑结构的主要水平荷载之 《建筑结构荷载规范》( GB 50009 —2001) [1] 中采用
收稿日期 :2009209213 作者简介 :王松帆 (19692) ,男 ,江西黎川人 ,高级工程师 ,工学硕士 , E2mail :wangsfan @126. com 。
Research on Wind Vibration Response and Equivalent Static Wind Loads of Super High2rise Buildings
WAN G So ng2fan , TAN G Hua
( Guangzho u Design Instit ute , Guangzho u 510620 , Guangdo ng , China)