超高层建筑横风向气动力谱的构成分析

超高层建筑结构横风向风荷载研究——对于超高层建筑结构，我国荷载规范只给出了顺风向的抗风设计方法，对于横风向风荷载则并没有给出规定。而在实际工程中的超高层建筑，有时横风向风荷载远大于顺风项，为控制荷载，因此目前我国荷载规范在超结构的横风向抗风设...

在tj-1风洞中采用高频动态天平技术对两个形状相同的方形截面高层建筑模型间的横风向动力干扰效应进行了风洞实验研究。同时,对主模型采用气动弹性模型,在相同的配置下进行了实验。两种实验方法所得的结果比较一致。最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了横风向动力干扰因子的等值线图,可供规范参考。

根据湍流脉动压力的产生机理,从湍流理论的基本方程出发,根据taylor关于湍流的"冻结"假定,导出了湍流脉动风压谱密度函数的解析计算公式。在分析过程中考虑了压力方程源项中全部"紊动—剪切"项的影响。若取用合适的湍流积分尺度,则由此公式得出的横风向脉动风压谱密度函数值与足尺观测数据相吻合,因此对以前的研究成果有一定的改进。由于在接近结构第一阶自振频率时,谱函数值仍处于较高的水平,因此根据湍流脉动风压谱密度函数计算得出的结构横风向风振动力反应位移值与加速度值均高于由日本规范等公式中规定的漩涡脱落扰力引起的反应值,而且推测随结构高度的增加这一影响也有增加的趋势。建议对此问题进行更深入的研究并在高层建筑结构设计时考虑这一差别的影响。

引入横风力谱模型,分析了某高宽比为6的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应.同时考虑正气动阻尼的影响,获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律.分析结果表明,对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物,当计算其横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性.

随着我国经济和科学技术的发展，超高层建筑逐渐盛行。作为现代城市中的地标，超高 层建筑已表现出非凡作用，成为国家、民族以及城市经济崛起的象征。我国的超高层建筑发 展始于1990年，1990~2007年是超高层建筑的起步期，2008~2012年为超高层 建筑的快速发展期，2013~2018年可ν是超高层建筑的繁荣期。以高度为依据，本文将 超高层建筑分为以下4个区段： 250~300m； 300~400m； 400~500m； 以及500m以上。 截止到2012年，我国共建成超高层建筑94幢，其高度分布比例如图1所示。 250~300m的超高层建筑数量最多，约占建筑总数的59%；500m以上超高层建筑仅 一幢；港澳台超高层建筑共计18幢，约占总数的20%。这一阶段国内典型超高层建筑有 上海环球金融中心（492m）和台北10

采用了谐波叠加法模拟作用在结构上的顺风向脉动风压,同时为了能反映作用在迎风面不同点上脉动风压的相关特性,首先生成脉动风速互谱密度矩阵,然后采用三角分解法进行分解,再以此生成脉动风压作为输入脉动风荷载,采用newmark方法计算结构的动力反应时程.对两栋高层建筑的风振反应时程计算结果表明,本方法得到的结构动力反应均方根值与建筑结构荷载规范中采用的谱分析结果有较好的吻合性;风振反应以共振反应为主,非共振反应值占次要的部分.这与谱分析法得出的结论也是一致的,说明了利用谐波叠加法模拟脉动风压时程的准确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的.

以武汉市一幢结构高175.55m,地上55层,采用钢筋混凝土剪力墙的超高层建筑为研究对象。通过使用有限元软件etabs,分析该建筑的结构动力特性,确定振型分解法的合理振型参与数,以及通过弹性时程法分析在最不利地震波作用下该结构的地震反应。

基于计算流体力学的数值模拟方法,研究了矩形截面钝体高柔结构风致横风向失稳式振动(驰振).为反映结构运动对流动风场的影响,除建立固定不动的计算区域外,还建立了随结构运动的物理区域,在计算区域中修正了流动风场的控制方程,采用标准sgs大涡模型,开发出wssg建筑风场模拟程序,捕捉到结构在风场作用下的驰振现象,并从流场结构等方面分析了引发机理.

研究目的:随着超高层建筑的高度和高宽比的不断增大,建筑材料向着轻质高强方向发展,结构体系的复杂化,致使超高层建筑在台风作用下产生剧烈摆动,因此台风作用下超高层建筑的动力响应时频分析,对于超高层建筑设计参数的选取、现役超高层建筑响应的预测、增加超高层建筑模态参数的资料以及设计准确性的校验都有非常重要的意义。研究结论:通过实测台风作用下超高层建筑的动力响应,可以获得结构的动力特性,并可评价结构风致振动响应的可靠度。台风作用下超高层建筑的动力响应时频分析主要有3种方法:傅立叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换。本文详细阐述了台风作用下超高层建筑动力响应的这3种时频分析方法,并总结出其优缺点,进而对该研究领域的进展作了展望。

高层建筑抗震设计中的若干问题讨论 追求建筑结构形式：设计新颖、造型奇特 国外建筑师忽略了中国的抗震设计 建设部于1998年成立了全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会。 2004年，超高层建筑工程抗震设防审批被列入国家行政许可范围。 改善短柱抗震性能措施 使用复合螺旋箍筋 采用分体柱 采用钢骨混凝土柱 大连万达公馆3号楼超高层结构设计 1工程概况： 大连万达公馆3号楼为大连东部地区新开发的数栋超高层建筑中的一栋，建 筑紧邻大连港客运码头，商业定位为大连地区超豪华住宅楼。建筑层数为地上 56层，地下3层，地上建筑高度185.95m，地上建筑面积66770㎡。该组团共 有3栋建筑，3号楼是最高的一栋，标准层结构布置和立面效果见下图。 标准层结构布置图3号楼立面效果图 工程场址位于郯庐地震带北段，区域中强地震活动比较频繁，区域中强地震 活动比较频繁，

研究了超高层建筑在变化的风荷载作用下的振动响应。将风荷载假设为正弦变化的外力,同时考虑了风力做功、动能与建筑自身重力做功。根据哈密顿原理,得出了横向振动的控制方程和固有边界条件。据此可求得振动频率的变化,以及横向振动位移随着时间和高度坐标尺度的三维走势。结果表明:横向振动频率随着建筑高度的增加而减小,风力作用下的横向振动为低频响应。

用由风洞试验得出的横风向荷载功率谱密度公式,推导出考虑结构-土相互作用(ssi)的横风向荷载功率谱密度和结构的频率响应函数矩阵公式,得到结构横风向风振响应计算公式。对超高层建筑横风向振动算例说明,考虑ssi后,房屋高度、土层的剪切波速和结构阻尼比的变化,对结构顶层的弹性位移、总位移和总加速度响应有不同影响,并指出不考虑ssi,高层建筑的横风向风振响应可能偏于不安全,因而对不同的响应类型,给出了不需考虑ssi的结构阻尼比取值范围的建议值。

超高层建筑的结构决定了总体造价的高低，常见的结构如下： 超过下表标注的限高即为超高层建筑 结构体系非抗震设计 抗震烈度 6级地震7级地震8级地震 框架-剪力墙170160140120 剪力墙 全部落地剪力墙180170150130 部分框支剪力墙150140120100 筒体 框架-核心筒220210180140 筒中筒300280230170 框架-剪力墙结构造价较低，和普通高层造价相仿，造价增加主要体现在以下9个方面： 1.设置避难层（100米以上的建筑，一般每隔50米要设置一个避难层） 2.供电系统：双电源+自备电源 3.进户门要求为甲级防火门 4.消防电梯要在3台或以上 5.电梯必须要分层设计 6.由于高处的湿度和风力情况较为复杂，在外墙材料，铝合金窗，玻璃等建筑材料的选择 会格外

该文设计了一种质量和结构阻尼比可调的底部弹性支撑刚性体的双向摆式气弹模型,并通过气弹模型风洞试验获得模型顶部加速度响应时程。运用改进的随机减量技术,识别了湍流场中强风下方截面高层建筑横风向气动阻尼比。分析了风场类别、结构阻尼比、均匀当量质量以及模型高宽比对横风向气动阻尼比随折算风速变化规律的影响。最后提出了横风向气动阻尼比的经验公式,并将引入气动阻尼比后的横风向响应计算值与气弹模型风洞试验测量值比较,证明了该气动阻尼比经验公式的正确性和实用性。

以某一高492m、具有特殊体型的超高层建筑为工程背景,研究超高层建筑层风力规格化功率谱曲线的特点并给出其数学函数模型。首先,在同济大学tj-2边界层风洞中对该超高层建筑进行刚性模型分组同步测压风洞试验,得到各测点层的风力系数时程,并对各层风力系数的频谱特性进行分析,归纳出各层风力规格化功率谱曲线沿高度变化的特点;然后,根据试验所得的功率谱曲线的特点,给出顺风向、横风向和扭转风向的层风力规格化功率谱数学函数表达式,用该数学模型对各层风力功率谱曲线进行拟合的效果非常理想,同时,对各层风力功率谱函数的拟合参数进行归纳总结,得到统一的参数结果。研究结果表明层风力功率谱函数是有效的。

大型超高层建筑结构具有自由度数庞大、小阻尼及振型密集等特点,针对传统方法在处理大型复杂实际结构受多点随机激励中存在计算效率比较低或精确性不高等不足,提出了基于虚拟激励法的复杂超高耸结构的随机风振响应分析方法.运用虚拟激励法将脉动风荷载作用下的多点激励转化为简谐虚拟激励向量,并根据平稳随机理论推导出相应风振响应的表达式,自动计入了多点风激励的空间相关性和振型间的相关性.以目前在建的深圳第一高楼——深圳金基大厦为算例,分析结果验证了方法的有效性和准确性,可以提高多点随机激励响应的计算效率和精确度,在大型高层实际工程风振响应计算分析中有较强的实用价值.

以天津某超高层结构的风振控制为研究对象,分析了风荷载的动力特性.针对该工程的自身特点提出了设置粘滞阻尼器(a)、设置双向调频质量阻尼器(b)、设置粘滞阻尼器和双向调频质量阻尼器(c)的三种减振控制方案,采用具有三维空间相关性的自回归过滤技术,进行了不同控制方案下的风振控制动力分析,对比分析了不同方案下的控制效果.结果表明:在特定的加强层处设置粘滞阻尼器及在顶层设置调谐质量阻尼设备均能够耗散风振作用输入能量的30％以上,进而有效衰减结构的风致振动响应,保证主体结构的正常使用工作状态.依据分析结果对超高层结构体系风振控制的分析与设计提出了建议.

对处于强风地区复杂周边环境下的某方形截面超高层建筑分别进行了刚性模型测压试验和高频天平测力试验。基于测压试验得到的结构表面的风压分布,采用随机振动理论,进行了风致振动响应计算,结果表明其上下一致的方形截面导致漩涡脱落强烈,强风下横风向涡激响应非常显著,值得重视。在高频天平测力试验得到的基底弯矩谱上同样可以看到在涡脱频率附近的显著峰值。基于基底弯矩谱试验值同样计算了结构的风致振动响应,其结果与基于刚性模型测压试验计算的各响应非常接近,从而验证了2种试验方法的可靠性。

通过对束筒结构体系的叙述,建立三维半解析分析模型,将静力分析问题转化为常微分方程组边值问题,并利用常微分方程求解器进行求解,对其计算结果作了分析,得出最大应力、最大剪力及地基刚度的变化趋势。

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。

　 issn1008-9446 cn13-1265/te　　　 承德石油高等专科学校学报 journalofchengdepetroleumcollege 第9卷第3期,2007年9月 vol.9,no.3,sep.2007 超高层建筑利弊分析 岳世宏,陈淑贤 (承德石油高等专科学校建筑工程系,河北承德　067000) 摘要:面对我国超高层建筑的蓬勃发展,首先肯定超高层建筑有它独特的优点。但必须承认超高层建筑成本 高、人口集中,在使用过程中对周围环境造成很大的压力,其本身也存在安全隐患。超高层建筑的发展在一定 程度上破坏了一些历史古城原有的文物景观,不合理的拆建引起了社会资源的浪费。通过对超高层建筑优劣 的分析,建议今后的城市规划一定要慎重对待超高层建筑的发展。 关键词:超

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。