粘弹性阻尼墙及其高层建筑结构风振控制性能研究
高层建筑顶部幕墙结构的风振控制研究
<= 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
高层建筑的风振控制研究
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。
(铅)粘弹性阻尼结构的试验与研究共3篇
（铅）粘弹性阻尼结构的试验与研究共3篇（铅）粘弹性阻尼结构的试验与研究1铅粘弹性阻尼结构是结构控制领域中一种常用的被动控制手段，在减震、减振等方面有着广泛的应用。
本文将介绍铅粘弹性阻尼结构的试验与研究。
一、引言结构振动是工程领域中的一个重要问题，它不仅会对结构的安全性和使用寿命产生负面影响，而且还会对周围环境产生一定的噪声和振动。
因此，研究和探讨结构振动的控制手段是非常重要的。
铅粘弹性阻尼结构作为一种被动控制手段，因其结构简单、可靠性高以及适用范围广等优点，逐渐受到了广泛的关注。
二、铅粘弹性阻尼结构原理铅粘弹性阻尼结构由铅、弹簧和阻尼器三部分组成。
其主要原理是通过阻尼器中铅的黏性特性和弹簧的弹性特性，将结构振动的能量转化为热能，从而实现结构的减振和减震效果。
三、铅粘弹性阻尼结构试验研究1.试验设备铅粘弹性阻尼结构试验系统主要由振动台、铅粘阻尼器和振动传感器等组成。
其中振动台为试样施加振动荷载，铅粘阻尼器作为结构的控制装置，振动传感器用于测量结构的振动响应。
2.试验方法在试验中，首先需要对试样进行预处理，即先对其进行单自由度系统结构参数的实验识别，比如质量、刚度、阻尼等，然后再选取合适的铅粘阻尼器和弹簧参数进行试验。
试验中可以采用单向或双向振动荷载，通过改变振动频率和振幅等参数进行试验，得到不同振动频率下的结构响应和阻尼比等数据。
同时也可以通过对比试验，比较结构在有无铅粘弹性阻尼器的情况下的振动响应和控制效果。
3.试验结果试验结果表明，铅粘弹性阻尼结构能够有效地减少结构的振动响应。
并且该结构在低频振动时的控制效果更好。
同时，铅粘弹性阻尼结构还具有阻尼力随振幅增大而增大的特点，这与实际工程中的情况较为符合。
四、结论本文介绍了铅粘弹性阻尼结构的试验与研究，试验结果表明，铅粘弹性阻尼结构具有很好的控制效果和应用前景。
但是，该结构在实际工程中的应用还需综合考虑多种因素，包括结构的尺寸、质量、振动频率等等。
黏滞阻尼器在框架结构抗震加固中的应用与研究
黏滞阻尼器在框架结构抗震加固中的应用与研究摘要：近年来利用阻尼器对既有建筑结构进行减震加固得到了广泛关注。
本文建立了某实际4层框架结构的非线性模型，然后设置黏滞阻尼器（VFD），利用时程分析法对有、无控结构进行地震响应分析计算，得出该结构的耗能减震效果。
最后利用云图法，选取数条地震波对结构进行分析计算，对有、无控结构进行概率地震分析，通过对比概率需求模型、易损性曲线的差异分析黏滞阻尼器的耗能减震作用。
计算结果表明，通过对该结构设置若干VFD，结构的地震响应得到显著地减小，结构整体减震效果明显；有控结构的地震需求易损性曲线相较无控结构趋于平缓，表明VFD对该结构的耗能减震加固作用明显。
关键词：框架结构；黏滞阻尼器；非线性时程分析；云图法；结构概率地震需求分析耗能减震技术就是在结构的选定位置增设耗能装置，在小震作用下，耗能装置和结构一并处于弹性状态，可减小结构的地震响应，使结构主体处于安全范围，一旦出现大震，这些装置可以在结构破坏前率先达到屈服状态，来消耗大部分能量。
近年来利用耗能减震器对既有建筑结构进行减震加固得到了广泛关注。
1.消能减震的概念及耗能原理为了达到消震减能的目的，可以通过消能装置的安装来避免主体结构因地震能量而响应而造成的破坏，究其本质，消能减震技术是一种加固技术。
传统的抗震思路是进行“硬抗”，但却存在诸多的弊端问题。
而消能减震技术，则能够避免传统抗震加固的不足，通过“以柔克刚”的方式进一步达到抗震加固的效果。
从消能减震结构角度来看，其方式就是融入了减震控制思想，在原结构当中增加了消能减震装置，从而形成新的结构系统，图1对其进行了展现，通过图中资料的了解，无论是原结构还是消能减震装置，都是新结构系统的重要组成部分，并且在其中发挥了重要的作用。
相较于原结构而言，新结构系统在效能能力以及动力特征方面有自身的独特性，能够降低原结构承受的地震作用，这也是进行地震反应控制的一种有效方式，其目的是为了减少对主体结构造成的损害。
粘滞阻尼器的研究与应用
粘滞阻尼器的研究与应用发表时间：2018-07-02T11:46:36.937Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第3期作者：李旋[导读] 阻尼是结构振动衰减的根本原因，但由于实际结构中的阻尼复杂特性使得并不能精准定位阻尼。
武汉城市职业学院湖北武汉 430064摘要：粘滞阻尼器是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力的原理而制成的，是一种与刚度、速度相关型阻尼器。
一般由油缸、活塞、活塞杆、衬套、介质、销头等部分组成，活塞可以在油缸内作往复运动，活塞上设有阻尼结构，油缸内装满流体阻尼介质。
当外部激励（地震或风振）传递到结构中时，结构产生变形并带动阻尼器运动。
在活塞两端形成压力差，介质从阻尼结构中通过，从而产生阻尼力并实现能量转变（机械能转化为热能），达到减小结构振动反应的目的。
关键词：阻尼器；耗能减震；动力分析一、基本概念及构造特点（1）基本概念阻尼是结构振动衰减的根本原因，但由于实际结构中的阻尼复杂特性使得并不能精准定位阻尼，故在结构分析中一般认为结构阻尼为线性粘滞阻尼，也即是认为阻尼力与速度成正比，且假定结构中设置粘滞阻尼器后所附加给结构的阻尼与结构本身的阻尼基本一致。
粘滞阻尼器（墙）是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔或在封闭空间中进行相对运动时与壁缸或壁筒产生相互作用，将流体运动产生的动能转化为热能，从而耗散地震输入的能量。
这种因流体运动将动能转化为热能所产生粘滞阻尼的耗能装置，即被称之为粘滞阻尼器，又称之为速度型阻尼器，其阻尼力的大小与流体运动的速率密切相关，速度越大，阻尼力越大，速度为0时，阻尼力为0，是一种刚度无关、速度相关的阻尼器。
（1—1）其中：F——粘滞阻尼器的粘滞阻尼力；C——阻尼系数，与壁缸或壁筒的具体尺寸、粘滞流体的粘度等因素密切相关。
粘滞阻尼器以其优异的抗风、抗震（振）能力和经济性，近年来在工程结构领域得到广泛应用。
其应用领域包括：民用建筑（如住宅、办公楼、商场等多层高层及大跨建筑结构）、生命线工程（如医院、学校、城市功能建筑）、工业建筑（如厂房、塔架、设备减振）、桥梁（人行桥、高架路桥）、军工行业等。
基于DMA法的新型黏弹性材料阻尼特性研究
基于DMA法的新型黏弹性材料阻尼特性研究作者：许俊红李爱群苏毅等来源：《振动工程学报》2015年第02期摘要：鉴于黏弹性阻尼材料在建筑结构抗震减震及抗风方面的重要性，以丁腈橡胶为基体、基于DMA法，首先考察了氯化聚丙烯（CPP）、短碳纤维（CARB）、200目石墨粉（GRAP）、鳞片石墨（FLAKE）、云母粉（MICA）等与基体材料共混物的基本力学性能，其次研究了掺合剂对基体材料的影响，并给出了组分比对基体胶阻尼性能的影响效果对比分析。
研究结果满足了两个设计要求：1.改进了材料的阻尼性能，使损耗因子提高至1.26；2.使原材料的温位Tg从28.2℃调整至15℃左右，并大大拓展了tanδ>0.5的温域。
并且研究发现，单纯添加200目石墨粉的效果最佳，粒径大的炭黑类材料如高耐磨炭黑（FEF）和软质快压出炭黑（HAF）对NBR材料的改进效果不大。
关键词：抗震减震；丁腈橡胶；掺合料；DMA；损耗因子中图分类号：TU951； TB324文献标志码： A文章编号： 10044523（2015）02020308DOI：10.16385/ki.issn.10044523.2015.02.0051概述中国建筑结构消能减震设计于2001年首次被纳入《建筑抗震设计规范（GB500112001）》[1]，并在2010版中[2]得到了进一步加强与应用推广，消能减震设计在建筑结构减灾防灾方面发挥着不可或缺的重要职能。
黏弹性阻尼装置是建、构筑结构被动控制中主要的耗能构件，由钢板夹层黏弹性阻尼材料构造而成（如图1），通过钢板间夹层材料的剪切变形而使输入的动荷载衰减[3，4]。
而该耗能装置的核心材料，则通常采用阻尼系数较高的丁腈橡胶，丁腈橡胶图1黏弹性阻尼器初始构件（Nitrile Butadiene Rubber，简称NBR）是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶[5]，分子结构如图2，具有损耗因子较大、耐油、耐老化性能较好的优良特质，因此得以推广应用于建筑结构抗震减震设计。
高层建筑风效应及风振控制分析
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。
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粘弹性阻尼墙及其高层建筑结构风振控制性能研究
发表时间：2016-11-02T11:35:50.303Z 来源：《基层建设》2015年32期作者：赵海强1 刘学建2
[导读] 摘要：由于化工企业自身的生产特殊性，化工企业历来都是环保工作的重点单位。
近几年来，环境保护难题越来越突出，已引起各级政府单位的重视，特别是限期治理达标企业，更是存在着环境治理这一重大难题。
这不仅影响自然环境，对企业自身的经济也存在直接的影响。
因此，各个化工企业积极为环保达标开展了各项工作，创建健全了各项办理体制，做好环境保护工作，严格控制污染物的排放。
1.呼和浩特市政府投资非经营性项目代理建设办公室呼和浩特 010020；
2.内蒙古第三电力建设工程有限责任公司包头014000）
摘要：粘弹性阻尼墙是一种新型的粘弹性阻尼器。
本文根据已有文献记录，选取适当的粘弹性材料性能参数。
基于Kelvin模型建立粘弹性阻尼墙的分析模型。
以一栋36层的框架剪力墙结构为研究对象，利用ABAQUS有限元软件建立安装和未安装粘弹性阻尼墙结构的有限元模型。
利用AR模型（自回归模型）生成人工风速时程，通过对两种结构进行风振时程分析，比较两种结构在受到风荷载激励下的响应。
结果表明，粘弹性阻尼墙可以有效减小结构风振响应，改善结构的舒适度
关键词：粘弹性阻尼墙；框架剪力墙结构；风振时程分析
0概述
粘弹性阻尼器则是最早的一类成功安装在高层建筑和其他结构上的用于减小结构地震和风振响应的被动耗能元件。
粘弹性阻尼器具有力学性能稳定、耗能能力强、构造简单、经济实用等优点。
1研究现状
1.1粘弹性阻尼器的研究与应用
1969年，美国3M公司的Mahmoodi研制出第一种用于土木工程领域振动控制领域的粘弹性阻尼器[1]。
1991年至1993年，美国的Chang等对3M公司生产的粘弹性阻尼器进行了力学性能试验，指出影响粘弹性阻尼器的力学性能的主要因素主要有环境温度，加载幅值，加载的循环圈数以及激励频率等[2][3]。
1998年至1999年，吴波，欧进萍等分别对国产的粘弹性阻尼器进行了试验研究[4][5]。
试验确定了国产的几种粘弹性阻尼器的力学性能，并指出了国产粘弹性阻尼器的不足，提出了改进建议。
1.2粘弹性阻尼墙的构造特点
基于粘弹性阻尼器的优点，粘弹性阻尼墙体充分利用建筑结构墙体所提供的空间，可以通过增加粘弹性材料面积来提供所需求的阻尼比以提高耗能能力，并且在所有的振动条件下都能进行耗能，即使在较小的振动条件下，也能够获得良好的耗能能力；粘弹性阻尼墙体力学模型简单，分析设计方法明确易行；在不同的加载频率和循环次数下，粘弹性阻尼墙体动力性能稳定、耗能能力强。
2安装粘弹性阻尼墙结构风振性能分析
2.1粘弹性阻尼墙的恢复力模型
本文使用Kelvin模型模拟粘弹性阻尼器的力学性能，并假设忽略温度对粘弹性材料的影响。
建筑结构内的环境温度较为稳定，且有研究表明，粘弹性阻尼材料的疲劳温升对其性能影响不大[错误！未定义书签。
]。
2.2有限元模型简介
（1）建筑结构概述
某高层商用写字楼，高度为166m，地上36层，地下室3层，主要用作停车场，部分用作设备用房。
地下室大底板结构标高为-12.8m。
结构设计基准期为50年，安全等级为2级，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，场地土特征周期为0.45s。
当地重现期为50年的基本风压为0.45kN/m2。
结构为框架—剪力墙筒体结构。
外框柱为型钢混凝土柱，内筒由钢筋混凝土剪力墙组成。
（2）材料本构模型
粘弹性阻尼墙使用SPRING/DASHPOT单元模拟。
根据给定的粘弹性材料的参数，阻尼墙尺寸及结构的一阶自振频率
ω=1.8563rad/s，计算得到一片粘弹性阻尼墙的等效刚度系数k'=4.8×108N/m，等效阻尼系数c'=9.81×107N·s/m。
粘弹性阻尼墙与结构的连接部件的刚度按照《建筑抗震设计规范》（GB50010-2010）12.3.5节规定，由式5计算得到支撑的刚度Kb=2.83×109N/m。
连接件使用T3D2两节点三维桁架单元模拟。
（1）
2.3风速时程及风荷载时程模拟
近年来，线性滤波法中的自回归（AR）模型因其计算量小、速度快，在脉动风速时程的数值模拟中得到了广泛的应用[7]。
（1）风速模拟参数
风速模拟参数如表1所示。
模拟风速功率谱采用Davenport谱。
上截止频率为100Hz，下截止频率为0.00001Hz最终人工风速时程为平均风速与脉动风速之和。
风速时程样本时长取105.4s，其中前三秒为缓冲步。
计算时间步长Δt=0.1s，计算总步数为1055步。
（2）加载方式
在有限元模型中，模拟风速点为5.75，10.95，16.15，21.95，26.15，30.35，34.55，38.75，42.95，47.15，51.35，55.55，59.75，63.95，68.15，72.35，76.55，80.75，84.95，89.15，93.35，97.55，101.75，105.95，110.15，114.35，118.55，122.75，126.95，131.75，136.55，141.35，146.15，150.6，156.9，161（单位：m）处，每层加载点在每层楼板平面内。
每个空间点的迎风面积取相邻两层xz面中心线之间的面积。
2.4模态分析结果
安装阻尼墙对结构的振动特性影响不大，一阶频率仅提高了1%，可见阻尼墙的附加刚度对结构自身的振动特性影响较小。
2.5结构顺风向风振时程分析结果
通过Matlab编程算出每层节点的脉动风速时程v（t）。
将脉动风速时程变换到频域当中，并且采用双对数坐标进行目标谱与模拟谱的
比较，可以看出模拟谱与目标谱吻合良好。
参考文献：
[1]Mahmoodi P.Structural dampers[J].Journal of Structural Devision，ASCE，1969，95（8）：1661-1672.
[2]Chang K C，Soong T T，Oh S-T，Lai M L.Seismic Response of a 2/5 Scale Steel Structure with Added Viscoelastic Dampers[R].Technology Report NCEER-91-0012，Department of Civil Engineering State University of New York at Buffalo，Buffalo，New York 14260，1991.
[3]Chang K C，Lai M L，Hao D S，Yeh Y C.Seismic Behavior and Design Guidelines for Steel Frame Structures with Added Viscoelastic Damper[R].NCEER 93—0009，National Center for Earthquake Engineering Research，Buffalo，USA，1997.
[4]吴波，郭安薪.粘弹性阻尼器的性能研究[J].地震工程与工程振动，1998，18（2）：108-116.
[5]欧进萍，邹向阳.粘弹性耗能器的性能实验研究[J].振动与冲击，1999，18（3）：12-19.。