高湍流度下超高层建筑的风致振动响应特性_洪海波

高层建筑在复杂大气环境下的结构动力响应研究近年来，城市化进程的加快以及人口迅速增长，促使了高层建筑的崛起和发展。

然而，高层建筑所面临的挑战也随之增多。

其中之一就是在复杂大气环境下的结构动力响应问题。

复杂大气环境，如风、地震等自然力对高层建筑的影响极其显著，使其结构动力性能成为研究的焦点。

本文将阐述高层建筑在复杂大气环境下的结构动力响应问题以及相关的研究。

首先，高层建筑在大气环境下的结构动力响应主要受到风力和地震力的作用。

风力是高层建筑最主要的外部激励载荷，影响着建筑的结构稳定性和舒适性。

由于风的随机性和时变性，高层建筑的结构动力响应也具有不确定性。

因此，研究高层建筑在复杂风场中的结构响应是非常重要的。

其次，高层建筑地震易受地壳运动的影响，地震力作用下的结构动力响应是高层建筑设计的重要内容。

由于地震动的复杂性和不确定性，高层建筑在地震力作用下的结构响应是一个复杂的问题。

因此，研究高层建筑在不同地震动下的结构动力性能以及响应特性是十分必要的。

对于高层建筑在复杂大气环境下的结构动力响应问题，早期的研究主要集中在理论分析和实验研究上。

然而，随着计算机技术和数值方法的发展，数值模拟成为研究高层建筑结构动力响应的重要手段。

有限元方法、计算流体力学等数值模拟方法被广泛应用于高层建筑结构的动力分析。

在数值模拟中，风洞试验和计算流体力学（CFD）的方法是最常用的。

风洞试验可以通过模型试验来研究高层建筑在不同风速和方向下的结构响应。

然而，由于试验设备和工程成本的限制，风洞试验的规模通常较小，不能完全反映实际工程的复杂性。

因此，计算流体力学的方法成为研究高层建筑结构动力响应的重要手段。

CFD方法可以通过计算风场的流动状态和风压分布，来获取高层建筑的结构响应。

此外，高层建筑的结构动力响应还受到结构形式和材料特性等因素的影响。

不同的结构形式和材料性质会对结构的刚度、强度等动力性能产生重要影响。

因此，在高层建筑的设计中，需要考虑结构的抗风性能、抗震性能等方面的要求，以保证其在复杂大气环境下的结构动力响应。

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。

超高层建筑的风振与地震响应分析随着城市化进程的不断加速，超高层建筑的兴起成为现代城市的一道亮丽风景线。

然而，由于其高度和结构特点，超高层建筑在面临风振和地震的时候存在一定的风险。

因此，进行针对性的风振与地震响应分析显得十分必要。

一、风振分析1.风振现象超高层建筑受到风力作用时，会产生风振现象。

当风通过建筑物引起周围气流幅度的波动时，会导致建筑物产生共振，进而引起建筑物的摇晃现象。

2.风振原因风振是由于风对建筑物的作用力引起的。

一方面是由于风对建筑物的外表面产生的压力差，另一方面则是由于建筑物自身的气动力引起的。

3.风振测量为了对超高层建筑的风振进行分析，一种常用的方法是通过安装风力测量仪器进行实时监测。

风力测量仪器可以记录下风的方向、风速和风力周期等数据，有助于建筑师了解到风对建筑物的影响。

4.风振抑制为了减少超高层建筑的风振，可以采取一系列的措施，如增加建筑物的整体刚度、合理设计建筑物外形，或者采用风洞试验等方法。

二、地震响应分析1.地震现象地震是地壳发生剧烈震动的自然现象。

当地震发生时，超高层建筑会受到地震波的作用，并产生相应的响应。

2.地震原因地震是由地壳运动引起的，可以分为板块运动引起的地震和火山地震两种。

超高层建筑所在地的地壳活动程度，决定了其面临地震风险的大小。

3.地震分析方法为了对超高层建筑的地震响应进行分析，可以采用有限元方法。

该方法可以把建筑物分为很多小块，通过计算每个小块的振动特性，并将其耦合起来，从而得到整个建筑物的地震响应。

4.地震设计超高层建筑在设计的时候，需要考虑到地震的影响，因此需要进行地震设计。

地震设计包括选择合适的地震烈度、确定地震力的作用方向和大小、设计合理的抗震结构等等。

结语超高层建筑的风振与地震响应分析是对其结构稳定性和安全性进行评估的重要手段。

通过对风振和地震的分析，可以发现并解决存在的问题，确保超高层建筑在面对自然灾害时能够安全稳定。

因此，在超高层建筑的规划和设计过程中，应该重视风振与地震响应分析的重要性，并采取相应的措施保障建筑物的安全。

复杂断面高层建筑的风致响应及其振动控制研究张建国;庄佳坤;庄惠敏【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(056)006【摘要】复杂断面高层建筑在强风作用下,往往会产生较为明显的扭转响应,从而导致高层建筑顶部角点处的加速度值大大超过规范规定的限值.以弧形、平行四边形以及等边L形等3种断面的高层建筑为研究对象,计算了复杂断面高层建筑顶部角点处的风致加速度响应,进行了多个调频质量阻尼器(MTMD)减振系统的设计和优化研究.结果表明,在不使用MTMD进行风振控制时,3种断面高层建筑顶部角点处的加速度响应均超过限值,在合理布置MTMD并进行优化设计后,角点处的加速度响应可以得到有效抑制并取得较好的减振效果.%The obvious torsional response will be induced by strong wind on complex-shape high-rise buildings,which result in the fact that accelerations of top corner points on these buildings exceed the limit.Three complex-shape high-rise building models including arc-shape,parallelogram-shape and L-shape are tested in a wind tunnel to obtain the wind load on the surface.Accelerations of top corner points on these high-rise buildings are calculated on basis of the reasonable parameters of buildings.Moreover,multiple mass tuned dampers (MTMD) are designed to reduce the wind vibration.Results show that the acceleration responses of top corner points on complex-shape buildings are usually larger than limit values without MTMD system.Incontrast,these acceleration responses will be reduced dramatically with the help of the optimal design of MTMD system.【总页数】6页(P907-912)【作者】张建国;庄佳坤;庄惠敏【作者单位】厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门361005;厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门361005;厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TU311【相关文献】1.复杂外形超高层建筑结构三维风致响应分析 [J], 章李刚;楼文娟2.高层建筑风致振动控制的研究 [J], 蒋以武3.塔冠对超高层建筑风致响应影响研究 [J], 马文勇;黄铮汉;周佳豪;张璐4.Y形截面超高层建筑结构风致响应研究 [J], 洪海波;余先锋5.高层建筑风致动态响应中的背景响应 [J], 周印;顾明;江欢成;花炳灿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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。

超高层模块化建筑施工中的风振响应与控制分析随着城市化进程的加快和人口增长，越来越多的超高层建筑被兴建起来。

超高层建筑由于其高度和结构特点，容易受到外界风力的影响。

特别是在施工阶段，模块化建筑在吊装和组装过程中更容易受到风振效应的影响。

因此，在超高层模块化建筑施工中，对于风振响应的分析与控制具有重要意义。

一、风振现象对超高层模块化建筑施工的影响1. 施工期间的安全在超高层模块化建筑的吊装和组装过程中，如果遇到大风天气，在没有采取适当措施之前施工是非常危险的。

大风不仅会影响工人的操作安全，还可能导致吊装设备失稳或者堆放材料被吹散。

2. 结构稳定性超高层数住宅楼房通常采用了较轻量且柔韧性良好的材料进行构造，这样容易在风力的作用下发生振动。

长时间频繁的风振可能导致楼体结构疲劳，甚至引发崩塌事故。

二、风振响应分析方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是目前较为常用的风振响应分析手段之一。

通过建立超高层模块化建筑的有限元或计算流体动力学模型，可以对其在特定风速下的结构响应进行仿真计算。

该方法能够反映建筑结构和环境因素之间的相互影响，从而更好地了解超高层建筑在不同条件下的振动性能。

2. 实测方法实测方法是通过安装传感器和数据采集设备来直接观测超高层模块化建筑在不同条件下的实际振动情况。

通过采集得到的数据，可以对超高层建筑吊装施工中存在的风振问题进行有效评估和分析，并为制定合理控制方案提供依据。

三、风振控制技术1. 动态调整结构刚度通过调整结构刚度，改变超高层模块化建筑受力和振动特性，可以有效减小风振响应。

例如，在施工过程中采用可调节刚度的支撑结构或采用柔性连接方式，可以使建筑更具柔韧性，从而减小振动。

2. 使用风阻板或吸振器在超高层模块化建筑上安装风阻板或吸振器，可以调整细触体的共振频率，从而减小风力对建筑物的作用。

这些辅助设备能够通过吸收或分散风力产生的能量来控制振动。

3. 优化结构设计在超高层模块化建筑设计阶段，采用合理的结构形式和材料选择，能够改善其抗风性能，并降低风力对建筑物的影响。

第41卷 第8期2009年8月哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报J OURNAL OF HARBI N I NSTI TUTE OF TECHNOLOGYVo l 41N o 8Aug .2009复杂体型超高层建筑风压脉动特性金 虎,楼文娟,沈国辉(浙江大学结构工程研究所,杭州310058,l ouw @j zj u .edu .cn)摘 要:为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X 型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用T amura 等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将D avenport 和K a i m a l 风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用O hkuma 等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.关键词:脉动风压;功率谱;相关性;相干函数中图分类号:TU 973 213文献标识码:A 文章编号:0367-6234(2009)08-0111-07Fluctuati ng character i nvestigation on w i nd pressureof h i gh rise buil di ng w ith co mplex shapeJI N H u,LOU W en j u an ,S H E N Guo hui(Institute of Structura l Eng i neer i ng ,Z he jiang U niversity ,H angzhou 310058,Chi na ,l ou w @j zj u .edu .cn)Abst ract :The w ind tunnel test of a tall bu ilding w ith X shape w as carried out and the po w er spectru m for along w i n d and across w i n d w ind pressure of this building w as stud ied .Po w er spectr um for w i n d velocity o fDavenpo rt and K ai m a lw ere converted to that for fl u ctuati n g w i n d pressure accord i n g to the m et h od proposed by Ta m ura ,etc .W i n d pressure of the test po i n t on side w i n d surface w as fitted accordi n g to the m athe m atica l m ode l a i m ed at rectangular ta ll buildings pr oposed by Ohkum a .The fitted po w er spectr um density cur ve o f w ind pressure i n a l o ng w ind and across w ind direction w as co m pared w ith test data .H o rizon tal and vertical cor re lation relationsh i p s a m ong w i n d pressures o f different test po ints w ere analyzed .H orizonta l and vertica l co herence features of fl u ctuati n g w i n d pressures w ere i n vestigated and the coherence curve w as fitted based on t h e least squares pr ocedure for si n g le para m e ter .The fitted coherence curve ag rees w ellw ith t h e w i n d tunne l tes.t K ey w ords :fl u ctuati n g w ind pressure ;po w er spectr um;correlati o n;coherence functi o n 收稿日期:2007-06-11.作者简介:金 虎(1981 ),男,博士研究生;楼文娟(1963 ),教授,博士生导师.超高层建筑常常具有不规则的平面结构形式,当风流过这样的建筑时就会产生显著的剪切、再附和涡脱落等效应,从而使建筑表面风压的脉动特性及其空间相关性与一般矩形高层建筑有很大的差别[1~4].叶丰,顾明对10种不同断面超高层建筑风压的幅值特性和频域特性进行了研究,着重讨论了水平和竖向相关系数、水平和竖向相干函数[5,6].葛楠、周锡元等从湍流理论的基本方程出发,导出了结构横风向脉动风压谱密度函数的计算公式[7].本文以宁波市某X 型超高层建筑为工程背景,在多通道同步测量刚性模型表面风压风洞试验的基础上,分析了这种具有复杂体型超高层建筑顺风向与横风向不同高度处各测点风压的功率谱变化规律,利用Ta m ura 等基于准定常假定提出由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将D avenport 和K ai m al 风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验进行了对比;利用Ohkum a 等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.文中还探讨了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点之间的脉动风压相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.1 工程背景及风洞试验该超高层建筑高158m,标准层平面为X 形,体型在顶部138m 以上发生变化,从标准层的四个分支变成两个分支,丰富了建筑形象,见图1.由于该超高层建筑呈X 形布局,并且在顶部发生体型变化,我国规范对这种造型独特超高层建筑的风荷载缺乏准确完备的资料,因此为保证结构设计的安全、经济和合理,有必要进行该超高层建筑风压测定的风洞试验,为该建筑的抗风设计和舒适度验算提供精确可靠的数据.图1 结构平面及部分测点示意图本试验采用GB50009-2001 建筑结构荷载规范!中规定的B 类地貌大气边界层气流,边界层厚度为1 6m ,风速沿高度变化指数 =0 16,高度1m处湍流度I u =9%,湍流度沿高度变化指数为-0 3.风洞模拟流场的平均风速和湍流度剖面如图2所示.风洞试验采用1∀150的刚性模型,共布置六个风压测点层,见图3.由于该建筑物体型复杂,拐角点较多,故每个测试层上测点布置的密度较大,尤其是在角点处.试验风向角根据建筑物和地貌特征,在0#~360#内每隔15#取一个风向角,共有24个风向角.试验参考风速约10 3m /s .某角度某点风压系数共有4096个时程数据,采样时间为13 1s ,实际采样频率为(4096/13 1=)312 67H z .试验使用了6个压力扫描阀模块,每个扫描阀模块64个通道.图2 平均风速与湍流度剖面图3 测点层高度布置2 模型表面测点风压功率谱模型2 1 顺风向一般认为,高层建筑迎风面的风压符合准定常假定,即迎风面风压的脉动主要由脉动引起[8,9].本文基于准定常假定,利用脉动风速谱推求高层建筑迎风面顺风向脉动风压功率谱,为S w (z ,f )={ s V z }21+2f AV z 4/3-2S v (z ,f ).(1)式中:S w (z ,f )为z 高度处脉动风压谱;f 为频率;∃112∃哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第41卷为空气密度;s为局部体型系数;V z为z高度处平均风速;A为结构投影面积;S v(z,f)为顺风向风速谱,本文采用了Davenport风速谱和K ai m a l 谱[9,10].由式(1)就可以根据脉动风速谱得到相应的迎风面脉动风压功率谱,本文下面叙述的模拟风压谱即是根据相应的风速功率谱谱经过式(1)转化得到的,如Davenport风压谱即是根据Daven port风速谱得到的,下面将不再赘述.限于篇幅,文中仅给出A1、B1、D1以及F1等迎风面测点的脉动风压功率谱,见图3.其中A1测点位于建筑顶部突变层,B1、D1和F1各测点位于结构标准层,且四点在同一铅直线上(测点平面位置参见图1).从图4中可以看出以下两点:(a)在不同的高度位置,该X型建筑顺风向的风压脉动谱都有一个明显的先上升后下降的过程,这与Davenport 风压谱的变化规律很相似,但Davenport风压谱的峰值频率略小,且谱峰不够明显;而K ai m al风压谱则随频率单调下降,没有这样一个先升后降的过程.(b)无论在低频范围内还是高频范围内, Davenpo rt风压谱的谱值都与该建筑实测功率谱值吻合较好;而K ai m a l风压谱的谱值在低频范围内明显大于实测风压谱值和Davenport风压谱的谱值,仅在高频区域稍稍吻合,但仍略微偏大.因而总体上来看,仍是Davenport风压谱值与实测脉动风压谱值吻合较好.2 2 横风向横风向脉动风荷载由顺风向风紊流、横风向风紊流和尾流涡脱落等构成,因而风压脉动特性不同于顺风向的情况,Ta mura等提出的方法并不适用,因此侧风面风压谱不适于由横风向风速谱直接转化得到.顾明[11]等针对10种不同截面类型的高层建筑,提出了横风向风荷载的功率谱计算模型,并将横风向风荷载功率谱分为横风向紊流项和涡激励项两部分.Ohkum a与Kanaya[12]针对矩形高层建筑,在考虑风紊流和涡激励对横风向风激励贡献的基础上,给出了横风向风激励谱的表达式:fS FL(f) !2L =4B∀#S t21-#S t22+4B2#S t2(2)式中:#为无量纲化频率,#=fD/!U H;S t=0135 -0 069exp(-0 056H/D),为斯托拉哈数;B= 0 6exp(-0 3H/D),为与带宽有关的系数.图4 建筑物迎风面不同高度处脉动风压功率谱本文在Ohku m a[12]等给出的横风向风激励谱数学模型的基础上提出了侧风面脉动风压谱的表达式.根据实测横风功率谱进行公式拟合,拟合结果见表1.fS w(f)!2L=A∃#S t21B1-#S t22+4B#S t2.(3)式中:A、B和S t为待定参数,对于标准层X型截面,B=0 3exp(-0 3H/D);对于顶部突变层截∃113∃第8期金 虎,等:复杂体型超高层建筑风压脉动特性面,B =2 4exp (-0 3H /D ).表1 侧风面脉动风压谱各参数拟合结果拟合参数A B S A 层8 3940 8850 089突变层B 层7 8620 1500 079D 层7 2360 1260 077标准层F 层6 0650 0860 074图5为侧风面各测点脉动风压谱的变化规律,测点A19、B20、D20和F20位于同一铅直线上,参见图1.由图5中可以明显的看出:(1)除结构顶部测点A19以外,其余各点都有明显的谱峰,且谱峰对应的峰值频率即漩涡脱落频率基本相同,相应的斯托拉哈数S t 为0 079~0 074;(2)随着高度的降低,紊流度的增大,侧风面风压功率谱的峰值变大,频带变宽,意味着能量更加集中.(3)结构顶部测点风压功率谱没有明显的峰值,这是因为建筑物顶部的三维绕流效应降低了漩涡脱落的规则性.另外,该拟合公式能够很好的图5 建筑物侧风面不同高度处测点脉动风压功率谱表达出不同高度处侧风面脉动风压功率谱的变化规律,与试验结果基本吻合,从而证明了该拟合公式的有效性.3 空间相关性3 1 水平相关性限于篇幅,本文仅以C 层(位于105 5m 高度处)各测点为例来研究风压水平相关性.从表2~表4中可以看出,各测点之间的水平相关性呈现出明显的规律性,即随着距离的增加而减小,背风面各点水平相关系数随距离的增加而下降的最快,迎风面与侧风面相当;迎风面各测点水平相关系数最大,侧风面次之,背风面最小;对于迎风面,靠近中间区域相邻点之间的相关系数大于边缘区域相邻两点的相关系数,这是由于气流经过建筑物边角处发生钝体绕流使气流发生紊乱而造成的.迎风面各测点与背风面、侧风面各测点之间相关性较小,可以忽略,背风面与侧风面的水平相关系数都为正数,明显大于迎风面各点与背风面和侧风面测点的水平相关系数.3 2 竖向相关系数本文取B 、D 与F 测点层在迎风面、背风面和侧风面中轴线上的测点为对象来研究超高层建筑脉动风压竖向相关性,相关系数计算结果见表5.可以看出:(1)无论是迎风面、背风面还是侧风面,竖向相关系数都随着测点距离的增加而减小,其中背风面竖向相关系数下降最快,这是因为结构迎风面的风压脉动是由来流风紊流引起的,侧风面的风压脉动主要来源于气流分离和漩涡脱落,而背风面风压则由尾流所致,其相关性小于前两者;(2)迎风面与侧风面各测点风压的竖向相关系数最大,迎风面与背风面次之,背风面与侧风面最小,几乎接近于0.∃114∃哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第41卷表2 迎风面与背风面各测点风压的水平相关系数测点C 1C2C3C4C5C6C 7C 30C31C32C33C34C11 000 990 970 930 840 720 40-0 20-0 040 020 060 06C21 000 990 950 860 760 43-0 20-0 040 010 050 05C31 000 970 890 790 47-0 20-0 040 010 040 03C41 000 950 860 56-0 18-0 040 010 050 03C51 000 950 71-0 13-0 010 010 040 01C61 000 84-0 080 020 030 040 00C71 000 090 150 110 06-0 02C301 000 750 590 410 23C311 000 870 640 42C321 000 820 62C331 000 82C341 00表3 迎风面与侧风面各测点风压的水平相关系数测点C 1C2C3C4C5C6C 7C8C9C10C11C12C11 000 990 970 930 840 720 40-0 22-0 23-0 24-0 24-0 21C21 000 990 950 860 760 43-0 21-0 22-0 23-0 25-0 22C31 000 970 890 790 47-0 19-0 20-0 21-0 24-0 22C41 000 950 860 56-0 14-0 16-0 17-0 22-0 19C51 000 950 71-0 06-0 07-0 08-0 14-0 12C61 000 840 060 050 04-0 02-0 02C71 000 390 390 380 310 30C81 000 990 970 880 81C91 000 980 900 82C101 000 920 85C111 000 95C121 00表4 背风面与侧风面各测点风压的水平相关系数测点C 30C 31C32C33C34C 8C9C10C11C12C301 000 750 590 410 230 380 390 380 360 32C311 000 870 640 420 430 440 430 430 40C321 000 820 620 300 310 310 330 31C331 000 820 150 160 160 210 20C341 000 010 020 020 080 08C81 000 990 970 880 81C91 000 980 900 82C101 000 920 85C111 000 95C121 00表5 迎风面、背风面和侧风面各测点风压间的竖向相关系数测点编号B1D1F1B34D34F34B20D20F20B11 000 490 26-0 07-0 05-0 15-0 28-0 17-0 06D11 000 590 00-0 04-0 16-0 22-0 190 07F11 000 07-0 12-0 18-0 12-0 13-0 02B341 000 330 030 000 00-0 06D341 000 360 00-0 060 07F341 000 01-0 08-0 02B201 000 710 42D201 000 72F201 00∃115∃第8期金 虎,等:复杂体型超高层建筑风压脉动特性4 模型表面脉动风压的相干性脉动风压的空间相干函数是建立高层建筑风致响应计算模型的必要条件之一.脉动风压空间相干性包括水平相干性和竖向相干性,本文分别根据式(4)和(5)的数学模型利用单参数最小二乘算法来拟合脉动风压水平相干函数和竖向相干函数.Coh -H (x 1,x 2,f)=exp -c h ∃f ∃|x 1-x 2|U z.(4)Coh -V (z 1,z 2,f )=exp -c v ∃f ∃|z 1-z 2|(U z 1+U z 2)/2.(5)式中:C oh -H (x 1,x 2,f)、C oh -V (z 1,z 2,f )分别代表水平相干函数和竖向相干函数;c h 、c v 为风压水平相干函数指数和竖向相干函数指数;f 为频率;x 1、x 2和z 1、z 2分别是两测点的水平竖向坐标;U z 为z 高度处平均风速.图6 迎风面测点的水平相干函数曲线从图6和图7试验结果和拟合曲线的比较中可以看出,采用式(4)和式(5)数学模型拟合得到的水平和竖向相干曲线与试验结果吻合较好,能够反映测点风压之间的相干特性.限于篇幅,本文仅取顶部A 层测点A1、A 2和标准层C 层测点C1、C2来研究测点风压的水平相干性;取位于同一铅垂线上的测点A1、C1和D1、F1来研究测点风压的竖向相干特性.经过单参数最小二乘拟合计算,文中水平相干函数指数拟合结果为6 30,测点A1与A2相距6 40m ,C1与C2相距2 30m,因而前两点之间的相干曲线下降速度大于后者;文中竖向相干函数指数拟合计算结果为4 57,由于测点A1位于顶部突变层,且受到三维绕流效应的影响,它与C1的相干函数曲线明显小于标准层测点D1和F1的相干曲线,前两者试验结果与拟合曲线的吻合程度也不如后两者.图7 迎风面测点竖向相干函数曲线5 结 论1)由Davenport 风速谱得到的顺风向脉动风压谱与风洞试验结果符合较好,而由K ai m a l 谱得到的拟合风压谱在低频区域内明显大于风洞试验的脉动风压谱值.2)横风向脉动风压谱可以由式(3)描述.侧风面风压功率谱试验结果与式(3)吻合较好.测点风压谱都有明显的谱峰,且谱峰对应的峰值频率即漩涡脱落频率基本相同;随着紊流度的增大,侧风面风压功率谱的峰值变大,频带变宽,意味着能量更加集中;建筑物顶部的三维绕流效应降低了漩涡脱落的规则性,使测点风压谱的峰值变得不明显.3)背风面各点水平相关系数随距离的增加而下降的最快,迎风面与侧风面相当;背风面与侧∃116∃哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第41卷风面水平相关系数都为正数,明显大于迎风面各点与背风面和侧风面测点的水平相关系数.竖向相关系数都随着测点距离的增加而减小,其中背风面竖向相关系数下降最快;迎风面与侧风面各测点风压的竖向相关系数最大,迎风面与背风面次之,背风面与侧风面最小,几乎接近于0.4)式(4)与(5)能够很好与测点风压水平相干曲线和竖向相干曲线的试验结果相吻合.结构顶部三维绕流效应对测点之间的相干性有较大的影响.参考文献:[1]K I KU C H I H,TAMURA Y,U EDA H,et al.Dyna m icw i nd pressures ac ting on a ta ll bu ildi ng model-proper orthogonal decompositi on[J].Journa l ofW i nd Eng i nee ri ng and Industr ialA erodyna m ics,1997,(69-71):631-646.[2]KAREE M A.M easurements o f pressure and force fi e l dson bu ildi ng m ode ls i n si m ulated at m ospher ic fl ow s[J].Journa l o f W i nd Eng i neer i ng and Industr ial A erodyna mi cs,1990,36(1-3):589-599.[3]KAWA I H.V o rtex i nduced v i bra ti on o f tall bu 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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。

高层建筑风振响应分析与控制研究引言在现代城市的发展中，高层建筑已成为城市景观的一部分。

然而，高层建筑在面临强风的情况下可能出现风振问题，对建筑结构的稳定性和人员生命安全带来威胁。

因此，高层建筑风振响应分析与控制研究变得至关重要。

1. 高层建筑风振现象高层建筑的结构相比于传统建筑更加灵活，在面对风力时容易产生振动现象。

这主要归因于风作用在建筑物上所产生的涡流及压力变化。

当风速超过一定阈值时，建筑结构开始出现共振现象，振幅逐渐增大，进而影响建筑的安全性和舒适性。

2. 高层建筑风振响应分析方法为了研究高层建筑的风振响应，需要进行风洞试验和数值模拟。

风洞试验能够模拟不同风速和风向条件下的风场，以获取风作用下的建筑振动响应数据。

同时，数值模拟方法如计算流体力学（CFD）和有限元分析（FEA）也成为研究的重要手段。

3. 高层建筑风振控制技术为了减轻高层建筑的风振响应，研究者们提出了一系列控制技术。

其中一种是主动控制技术，通过在结构上设置反馈控制系统，动态地修正结构的响应。

另一种是被动控制技术，通过在结构上设置阻尼器、质量调整器等装置，改变结构的固有特性，从而减小振动幅度。

此外，还有一些其他的技术，如涂层减振、断层结构等，也在一定程度上缓解了高层建筑的风振问题。

4. 实例分析及案例研究以某个高层建筑为例，对其进行风振响应分析和控制研究。

通过在风洞中进行试验，获取了建筑在不同风速下的振动数据。

同时，通过有限元分析，分析了建筑结构的固有频率和模态振型。

在此基础上，设计了一种主动控制系统，通过调整反馈参数，使建筑的振动响应受到有效控制。

进一步，对比了不同风振控制技术的效果，评估了各种技术的优缺点。

结论高层建筑风振响应的研究和控制对于保障建筑结构的安全和居民的生命安全具有重要意义。

通过风洞试验和数值模拟分析，可以全面了解风作用下建筑结构的振动响应。

在此基础上，采用主动或被动的控制技术，可以有效减小高层建筑的风振响应，提高其在强风环境下的稳定性和舒适性。

超高层建筑风振效应的分析与控制随着城市化进程的不断加快，高楼大厦的数量不断增多。

在超高层建筑中，风振效应是一项非常重要的问题。

风振效应会对建筑物的安全性、舒适度和使用寿命等产生很大的影响。

因此，对超高层建筑的风振效应进行分析和控制是非常必要的。

超高层建筑的风振效应是指由于风力作用所引起的建筑物的振动现象。

在一定的风速条件下，建筑物会受到风力的作用，导致建筑物发生振动，并产生相应的结构应力。

建筑物的振动会对其内部和外部的使用环境产生直接的影响。

在极端情况下，风振效应还可能引起建筑物的倒塌等严重后果。

超高层建筑的风振效应主要受到以下因素的影响：建筑物的高度、形状、重量、弹性模量、抗风能力等。

其中，建筑物的高度是决定风振效应大小的关键因素。

当超高层建筑的高度超过50米时，就会出现明显的风振效应。

因此，对于高度超过50米的建筑物，风振效应的分析和控制显得尤为重要。

为了有效地分析和控制超高层建筑的风振效应，需要采取一系列的措施。

首先，需要对建筑物的结构进行优化设计，提高其抗风能力。

其次，需要采用适当的风洞模型进行风洞试验，以验证建筑物在不同风速下的风振响应。

此外，还可以通过在建筑物上设置减振器等结构配件，来减小建筑物的风振响应。

减振器是一种可以有效减小建筑物振动幅度的结构组件。

常见的减振器包括阻尼器、质量阻尼器、液态阻尼器等。

这些减振器可以通过消耗振动能量、调节建筑物的振动频率等方式来减小风振效应的影响。

使用减振器不仅可以提高建筑物的抗风能力，还可以改善建筑物的整体舒适度和使用寿命。

除了使用减振器外，还可以通过对建筑物的结构参数进行优化，减小建筑物的风振效应。

例如，可以采用不同的结构板式、改变结构布局等方式来控制振动频率和幅度，达到减小风振效应的目的。

此外，还可以通过增加建筑物的阻力系数、改变建筑物的外形等方式，来改善建筑物的抗风能力和降低风振效应的影响。

总之，在超高层建筑的设计和施工过程中，对风振效应进行分析和控制是非常重要的。

超高层建筑结构风致振动的动力参数敏感性研究徐安;石碧青;赵若红;张志华【摘要】以广州珠江城为例,分析了超高层建筑结构风致振动对于阻尼比和峰值因子取值的敏感性.结果表明:一方面,结构的顶部加速度响应及基底倾覆弯矩响应均随阻尼比的增长呈负指数衰减规律,极端情况下,阻尼比取0.01的加速度响应计算结果比阻尼比取0.04的工况大100%以上;另一方面,由横风向涡激振动引起的基底倾覆弯矩响应对阻尼比的敏感性远大于由顺风向湍流引起的基底倾覆弯矩响应.分析认为:这是由于顺风向湍流引起的基底倾覆弯矩响应很大一部分由平均风荷载贡献,而该部分在计算过程中是按照静力荷载施加在结构上的,不受阻尼比取值的影响.在不利风向角工况下,峰值因子取值在2.5～3.5的范围内变化时,加速度响应及基底倾覆弯矩的变化幅度基本在20%以内.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(010)001【总页数】6页(P54-59)【关键词】高层建筑;风洞试验;动力参数;随机振动【作者】徐安;石碧青;赵若红;张志华【作者单位】广州大学广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心,广东,广州,510006;汕头大学土木工程系,广东,汕头,515063;广州大学广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心,广东,广州,510006;广州大学广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心,广东,广州,510006【正文语种】中文【中图分类】TU973.32;TU317.2风荷载是超高层建筑结构水平控制荷载之一.在进行结构设计前，通常需要进行风洞测压试验获取作用在结构上的脉动风荷载，进一步结合结构有限元模态分析所得到的动力参数进行风振响应计算.显然，结构的响应是由风荷载和结构动力参数共同决定的［1－3］.风荷载一般取决于风环境及结构外形，如果忽略风场与建筑物的流固耦合效应，在建筑设计方案确定后，风荷载就已确定.结构动力参数则包括结构的固有频率、振型和阻尼比.其中固有频率和振型一般直接采用有限元模型的模态分析结果，阻尼比的取值成为风振响应分析中动力参数取值的关键问题［4］. 一般而言，在结构风致响应计算过程中都采用常阻尼比假设，对于不同的实际项目，取值区间大致在0.01 ～0.04 之间［5－6］.实际采用的取值只能根据建筑物高度、主要结构形式、整体刚度等要素采用经验估计的方式来确定.而不同的取值对结构响应计算结果则存在一定影响，因而在结构设计时，对阻尼比取值的确定常需要经过反复讨论.此外，峰值因子的取值对结构响应计算结果也有着一定影响.峰值因子实际上只是结构响应计算参数而非动力参数，但其取值一般采用经验方式取2.5～3.5之间的某个常数，或者是按照 Davenport一次穿越理论自动计算峰值因子［7］.因而峰值因子的取值方式在一定程度上类似于阻尼比的取值，即根据经验确定，不同的风工程研究人员取值不一定完全一致，这或许将导致计算结果的差异［8］.以广州珠江新城CBD区域的标志性建筑珠江城为工程案例，研究了高层建筑风振响应的2个主要参考量:结构顶部加速度及基底倾覆弯矩对于阻尼比和峰值因子取值的敏感性，所得结果可供其他类似结构风振响应分析参考.珠江城项目地下5层，地上71层，±0.000 m以上，总高度309.6 m.外围由周边钢柱和钢梁组成，内部为钢筋混凝土核心筒.第23～27层和第49～53层在核心筒东西两侧安装风力发电机，由于这个独特的设计，整个结构的传力在这2个部位发生了一定的改变.位于第23～27和第49～53层的外伸及带状桁架，把外围周边4根大柱与内部钢筋混凝土巨型核心筒剪力墙系统，以及由端部斜支撑连接起来的组合钢柱相连接，共同组成了整体结构的主要抗侧力系统，抵抗水平风载及水平地震作用，其中外伸桁架在水平荷载的传递方面扮演了重要角色.珠江城外观效果如图1所示.本项目的模态参数采用结构设计单位所提供的结果，前3阶自振周期分别为6.855 s、5.522 s和3.875 s.下文将对峰值加速度、基底弯矩响应2个重要指标对应于不同阻尼比及峰值因子取值所得到的计算结果进行比较分析.本项目的风洞试验及风振响应计算采用图2所示的坐标系，风向角以X轴为方向顺时针转动.测压模型用有机玻璃材料制成，模型的几何缩尺比为1∶400.根据建筑的体型和试验要求，在模型表面布置了15个测点层共367个测压点.地貌类型按C类考虑，地貌指数为0.22，试验以36个风向角在湍流边界层来流条件中进行，如图3所示.风洞试验采样频率312.5 Hz，采样帧数为20 480.由于峰值因子取值对计算结果有较为直接的影响，此处考察2种峰值因子取值的工况.图4为峰值因子取g=2.5时，对应不同的结构自振周期的顶部最大峰值加速度随阻尼比的变化曲线，其中，T0表示设计院提供的结构自振周期工况;1.1表示将结构各阶自振周期放大1.1倍的工况，其余类推.峰值基底弯矩分50 a和100 a重现期2种情况，由于结构特征的缘故，珠江城基本是受Mx(绕X轴的基底弯矩)控制的.根据不同参数的各种风向角试验结果，发现Mx的最大值出现在180度和280度风向角，前者本质是横风向的涡激振动效应，后者则是顺风向湍流引起的.图5～6给出这2个风向角的分析结果.由图4可见，结构顶部加速度响应随阻尼比的增加而单调递减，衰减规律接近于负指数函数.实际上，在超高层建筑风振分析的实际工程应用中，关于阻尼比的取值存在一定争议，超高层建筑物阻尼比受到主体结构，填充墙等非结构构件以及装饰装修等因素的影响，其合理取值在建筑物尚未建成之前是难以确定的.部分超高层建筑在进行风振响应分析时，其阻尼比取为0.04，根据上述研究结果，如果其实际阻尼比为0.01，则其实际加速度响应将比采用0.04阻尼比计算结果大100%以上.图5～6显示了180度和280度风向角下基底倾覆弯矩对于阻尼比的敏感性.如前所述，180度风向角下的倾覆弯矩Mx主要是由横风向涡激振动引起的，而280度风向角下的倾覆弯矩Mx主要是由顺风向湍流引起的.结果显示，它们对于阻尼比的敏感性是不同的.在180度风向角下，阻尼比取0.04时所得到的倾覆弯矩Mx 比阻尼比取0.01时下降了接近50%，而在280度风向角工况下，阻尼比取0.04时所得到的倾覆弯矩My比阻尼比取0.01时下降了约20%.这说明，横风向涡激振动引起的倾覆弯矩对于阻尼比的敏感性远大于顺风向湍流.上述分析中，峰值因子均取2.5，在实际工程中也有采用Davenport一次穿越理论确定峰值因子的案例.随机荷载或响应x(t)的峰值或等效值通常采用下式计算: 其中和σx分别为均值和均方根值;g为峰值因子，可用Davenport基于一次穿越理论提出的表达式估算:其中，v是平均循环比率;T为观察时间，可视为基本风压的取值时距即10 min，平均循环比率v取决于荷载的功率谱S(n)，其关系为其中，n是脉动频率，视不同结构和风速;g值的范围可能会在3.0～3.5之间.按上述公式自动计算峰值因子g时，不同自振周期工况结构顶部最大峰值加速度随阻尼比的变化曲线，见图7.由图7～9可见，在取峰值因子按式(1)～(3)计算时，结构顶部加速度响应和基底弯矩响应随阻尼比的变化规律与峰值因子取2.5时类似，但由于按式(1)～(3)计算的峰值因子比2.5大，因此得到的加速度响应和基底倾覆弯矩响应值也就更大.峰值因子是风振响应分析中除结构阻尼比外另一个取值具有一定不确定性的量，下面考察不同峰值因子取值对结构风振响应的影响.共计算了4种峰值因子取值情况的顶部加速度响应和基底弯矩响应，即 g=2.5，3.0，3.5 和用式(1) ～ (3)自动计算g值.图10列出了对于不同峰值因子取值情况得到的顶部峰值加速度和基底峰值弯矩Mx随风向角的变化曲线，自振周期不作改变.由图10(a)、(b)可见，不论是何种峰值因子取值情况，结构顶部峰值加速度均没有超过有关规范的限定值.这表明在现有的结构参数下，舒适度可以满足要求.2.0%阻尼比和1.5%阻尼比2种工况下，对应于不同峰值因子取值，加速度响应随风向角变化的趋势是类似的.由图示可见，自动计算峰值因子的加速度响应结果基本处于峰值因子取3.0和3.5的对应的计算结果之间，而峰值因子取2.5的结果比自动计算结果小约20% ～30%.峰值因子取值对基底倾覆弯矩的影响与对加速度的影响是类似的.按照Davenport 一次穿越理论自动计算峰值因子所得到的弯矩响应结果处于峰值因子取3和3.5所得结果之间.图10、图11显示在加速度和倾覆弯矩最大的极限风向角下，不同的风致因子取值对计算结果的影响基本在20%以内.以珠江城为案例，进行了刚性模型多点同步测压风洞试验，采用不同的阻尼比和峰值因子取值计算了结构顶部加速度响应以及基底倾覆弯矩响应，得到了以下基本结论:①结构顶部加速度及基底倾覆弯矩均随着结构阻尼比的增大呈近似指数律衰减规律;②阻尼比取0.04时的顶部峰值加速度响应比取0.01时降低50%左右，这表明，顶部加速度响应的计算结果对阻尼比是比较敏感的;③横风向涡激振动引起的基底倾覆弯矩与顺风向湍流引起的涡激振动对于阻尼比取值的敏感性是不同的，前者对于阻尼比取值的敏感性远大于后者，分析认为，这是由于顺风向湍流引起的基底倾覆弯矩响应很大一部分由平均风荷载贡献，而该部分在计算过程中是按照静力荷载施加在结构上的，不受阻尼比取值的影响;④在通常的峰值因子取值范围内(g=2.5～3.5)，不利风向角下的顶部加速度响应及基底倾覆弯矩响应的计算结果相对误差在20%以内.一些学者对于超高层建筑结构风致振动现场实测的相关研究结果表明，其阻尼比并非常数，而是一个与振幅呈非线性关系的量，由于目前进行现场实测的案例仍然是非常有限的，关于阻尼比合理取值的问题仍有待深入研究.【相关文献】［1］ XIE Zhuang-ning，FANG Xiao-dan，NI Zheng-hua，et al.Study of wind effects of Guangzhou West Tower［J］.Journal of Building Structures，2009，30(1):107-114.(in Chinese)［2］ SHIBi-qing，XIE Zhuang-ning，NI Zheng-hua.Study of wind effects of Guangzhou West Tower using high-frequence-force balance method［J］.China Civil Engineering Journal，2008，41(2):42-48.(in Chinese)［3］ JIXue-pei，XIE Zhuang-ning，LIXiao-kang.An experimental study on the wind induced response and aerodynamic damping of Guangzhou West Tower［J］.China Civil Engineering Journal，2009，42(7):59-64.(in Chinese)［4］ WU JR，LIU P F，LIQ S.Effects of nonlinear damping and time constant on wind-induced responses of a 79-story tall building［J］.Computers ＆ Structures.2007，85:1014-1021.［5］ XU Y L，CHEN SW，ZHANG R C.Modal identification of DiWang Building under typhoon York using the Hilbert-Huang transform method［J］.The Structural Design of Tall and Special Building，2003(12):21-47.［6］ LIQ S，WU JR.Time-frequency analysis of wind characteristics and wind-induced responses of a super tall building during a typhoon［C］∥ Proceedings of the Sixth Asia-Pacific Conference on Wind Engineering，Seoul，2005:1321-1336.［7］ SOLARIG，PICARDO G.Probabilistic 3-D turbulence for gust buffeting of structures ［J］.Probabilistic Engineering Mechanics，2001(16):73-86.［8］ JEARY A P.Establishing non-linear damping characteristics of structures from non-stationary time-histories［J］.The Structural Engineer，1992，70:61-66.参考文献:［1］谢壮宁，方小丹，倪振华，等.广州西塔风效应研究［J］.建筑结构学报，2009，30(1):107-114.［2］石碧清，谢壮宁，倪振华.用高频底座力天平研究广州西塔的风效应［J］.土木工程学报，2008，41(2):42-48.［3］嵇学培，谢壮宁，李小康.广州西塔风致响应和气动阻尼特性的试验研究［J］.土木工程学报，2009，42(7):59-64.【责任编辑:刘少华】。

高层建筑结构风振响应的特性摘要：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。

高层建筑的风振与地震反应控制技术近年来，城市化进程的快速推进导致了高层建筑的迅速增加。

然而，高层建筑面临的风振和地震反应问题也随之而来。

为了确保高层建筑的结构安全和稳定性，建筑工程师们不断研发和改进风振与地震反应控制技术。

本文将介绍一些常用的技术及其应用。

一、风振控制技术1. 草皮屋顶草皮屋顶是一种利用生态环境的风振控制技术。

通过在高层建筑顶部种植草皮，可以有效减缓风的力量，从而降低建筑物的振动。

这种技术不仅具有环保效益，还可以提供绿化空间，改善城市生态环境。

2. 风吹消声器风吹消声器是一种通过结构设计控制风振的技术。

它利用在高层建筑顶部设置特殊形状的消声器，能够减小风对建筑物的作用力。

这种技术在设计高层建筑时被广泛应用，能有效减少建筑物的振动幅度，并增加结构的稳定性。

3. 主动振动控制系统主动振动控制系统是一种通过电气和机械设备控制建筑物振动的技术。

该系统通过在建筑结构中安装传感器和控制器，监测和控制建筑物的振动状态。

当风力或地震引起建筑物振动时，控制器会以相反的方式产生振动来抵消原有的振动，从而实现风振的控制。

二、地震反应控制技术1. 钢结构钢结构是一种应用广泛的地震反应控制技术。

相比于传统的混凝土结构，钢结构更加柔韧，具有更高的抗震性能。

在设计建造高层建筑时，可以采用钢结构来增强整体抗震能力，并减小地震造成的破坏。

2. 层间剪切墙层间剪切墙是一种地震反应控制技术，它将建筑的水平荷载通过水平板均匀分配到各个层面上，从而增强建筑物的整体稳定性。

层间剪切墙通常由钢筋混凝土构成，能够有效吸收地震引起的能量，减小地震破坏的范围。

3. 减震设备减震设备是一种能够减小地震反应的技术。

常见的减震设备包括橡胶隔震器和液体阻尼器。

这些设备通过调节结构的刚度和阻尼特性，能够有效地吸收和分散地震引起的能量，从而减小建筑物的震动。

总结：高层建筑的风振与地震反应控制技术对保障建筑物的结构安全和稳定性至关重要。

通过草皮屋顶、风吹消声器和主动振动控制系统等技术可以有效减小风振引起的建筑物振动。

超高层建筑结构设计中的风振效应分析随着城市化进程的加速，越来越多的超高层建筑在各大城市拔地而起，成为城市风貌的一道亮丽风景线。

然而超高层建筑的建设过程中存在的一些问题和挑战也不容忽视。

其中之一便是超高层建筑结构设计中的风振效应分析。

本文将讨论这一话题，并探究其相关的技术和方案。

一、风振效应是什么？风振效应简单地说，就是指风对建筑结构的影响所形成的振动效应。

它在超高层建筑结构设计中的作用十分重要，因为超高层建筑一般都有较高的高度和较大的体积，结构非常复杂，而且受到风的影响非常大。

风振效应会对建筑物的安全性、舒适性和美观性产生很大的影响，因此必须加以充分考虑和控制。

二、风振效应的影响因素风振效应的产生并不是单一原因，而是由多种因素的综合影响所导致的。

其中主要包括如下几点：1. 风速及其方向：风振效应的大小和方向直接取决于风速和风向，风速越大、方向越垂直于建筑物立面，风振效应就越明显。

2. 建筑物结构：建筑物结构的特点、尺寸、高度和材料等都会影响风振效应。

比如说，塔形结构比矩形结构更易受到风的影响。

3. 地形：地形的高低起伏、周边环境等也都会影响风振效应。

比如说，环境中是否有高耸的建筑物、山岳地形等都会造成风场的扰动，增大风振效应。

三、风振效应的分析方法为了控制和减小超高层建筑结构的风振效应，必须对其进行分析和设计。

而在风振效应的分析中，目前比较常见的方法有如下几种：1. 加载系数法：即通过设定某些特定的载荷系数，来确定建筑物在不同风速和风向下的风荷载大小。

这种方法适用性广，但计算较为复杂，不太适合大规模的工程设计。

2. 数值模拟法：即利用计算机模拟风场的过程，来预测风振效应。

这种方法可以比较客观、直观地反映风场的情况，但需要进行大量的计算和实验研究，成本较高。

3. 物理模拟法：即通过模拟真实的风场环境，对建筑物进行实际的测试和验证，检测其在不同风速下的振动情况。

相比于数值模拟法，这种方法更加准确，但同时也需占用大量的实验场地和测试设备。

超高层建筑风荷载及风致响应的同步反演方法研究
郅伦海;胡峰;余攀
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2020(37)6
【摘要】基于离散型卡尔曼滤波及泰勒级数展开提出了一种超高层建筑风荷载的反演算法。

该方法利用有限测量的结构响应能够实现结构未知风荷载及风致响应的同步实时反演。

通过典型超高层建筑的风洞试验和现场实测结果验证了该方法的准确性。

首先利用风洞试验得到的位移、速度、加速度响应反向识别了该超高结构的风荷载,系统地评估了结构模态参数误差、振动模态数、噪声水平等因素对风荷载反演的影响,发现新的反演算法对结构模态参数误差和测量噪声不敏感,考虑结构前四阶振动模态则可获得准确的荷载识别结果。

并且基于台风期间实测位移响应识别了该超高结构的风荷载,实测位移反演的风荷载与风洞试验结果基本一致。

研究结果表明,本文提出的反演方法是一种识别超高结构风荷载的有效工具。

【总页数】9页(P2309-2316)
【作者】郅伦海;胡峰;余攀
【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院;重庆大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU973.2
【相关文献】
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