高层建筑风振控制
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第21卷第2期 石家庄铁道学院学报(自然科学版) V。1.21 No.2 2008年6月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG RAILWAY INSTITUTE(NATURAL SCIENCE)
摩擦阻尼器在高层建筑风振控制中的应用 温建明, 冯奇 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) 摘要:将摩擦阻尼应用到高层建筑的风振控制,采用结构风振的时域分析方法对高层结构 的风振进行了研究,通过实例分析可以看出,摩擦阻尼器应用于高层结构的风振控制效果是非 常明显,可以使高层建筑顸层的振动最大位移降低了71.57%,振动最大加速度降低了73.95%。 关键词:摩擦阻尼器;高层建筑;风振控制;时域分析法 中图分类号:0324文献标识码:A文章编号:1674—0300(2008)02—0005—04
1 引言 随着高强轻质材料的应用和建筑物高度的增加,高层建筑物的刚度不断下降,导致结构自振周期长、 阻尼小,风振效应十分明显。传统上采用的增加结构断面的抗风设计,不仅不经济,而且难以满足建筑物 刚度和舒适度要求。因此,通过设置附加控制装置来减小结构的风振反应已成为高层建筑发展的重要方 向 1 4。。摩擦阻尼器是近年发展起来的一种控制装置,采用于摩擦减振,有些情况不必对原结构的质量、 刚度做任何修改,只要在结构适当部位加上干摩擦副,使其消耗能量,从而达到抑制振动的效果。对能量 消耗程度可通过改变结合面的正压力等因素来控制。干摩擦减振对温度及其他外部环境并不敏感,因而 具有明显的优越性和广阔的应用前景 5 J。将干摩擦减振器应用于高层建筑,建立干摩擦减振器的力学 模型,提出干摩擦减振器对高层结构风振半主动控制的基本理论,并用实 例分析给出减振效果。
2干摩擦减振器的结构及力学模型 干摩擦减振器的示意图如图1所示。图1中摩擦减振器由主弹簧、摩 擦块、压紧弹簧、摩擦盖板、吊杆以及外壳组成。吊杆与摩擦盖板连接,摩 擦盖板与摩擦块压紧,压紧力可调。该减振器可以看作是一个在干摩擦力 作用下的单自由度系统,其动力学方程为 ,n +厂+ ,=0 (1) 图1干摩擦减振器示意图
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。
高层装配式建筑施工中的风振响应分析方法随着城市化进程不断加速,高层建筑在城市中得到越来越广泛的应用。
然而,由于其在施工过程中的特殊性质,风振问题成为需要解决的重要难题。
本文将介绍高层装配式建筑施工中风振响应分析的方法,并且讨论其应对风振问题的可行性。
一、高层装配式建筑风振响应分析方法在进行高层装配式建筑施工中的风振响应分析时,主要采用以下几种方法:1. 地面试验法地面试验法通常通过模拟真实场景下的气候条件和风力,利用大型模型进行试验观测。
这种方法可以帮助研究人员更好地理解和预测建筑物在不同条件下的风振响应情况。
通过不同参数调整和变化等手段,进一步优化设计方案以降低风振问题。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种常用且有效的方法。
通过利用计算机软件对高层装配式建筑施工中的风振响应进行数值模拟,可以准确地预测建筑物在不同风速下的振动状况。
这种方法可以根据具体情况对建筑结构参数、材料特性和环境条件等进行细致分析,为设计和施工提供科学依据。
3. 桥梁测试法桥梁测试法是一种借鉴桥梁工程领域常用的方法。
通过在高层装配式建筑上安装传感器,实时监测和记录风力引起的振动数据。
这样可以获得真实而准确的风振响应结果,并及时采取相应措施来降低振动影响。
二、高层装配式建筑施工中的风振问题及其影响高层装配式建筑因其自身结构与施工方式的特殊性,容易受到外部风力作用而产生较大幅度的振动。
风振问题主要表现为以下几个方面:1. 结构安全隐患风力引起的振动可能会导致高层装配式建筑结构疲劳甚至损坏。
这种情况对于已经施工完毕的建筑物来说,可能会带来严重的安全隐患。
2. 使用舒适性下降高层装配式建筑中的风振问题也会对居住者的使用舒适性产生影响。
长期以来,人们一直在追求高楼大厦的景观和环境优势,但是由于风振问题带来的不稳定性,使得建筑物内部产生明显晃动感,降低了使用者的舒适程度。
3. 破坏周边环境风振引起的噪音和震动还有可能对周围环境造成一定影响。
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。
(一)单一高层建筑的局地风1、高大建筑附近的涡流成因分析高层建筑物周围的风环境状况是由靠近地面的流动风(简称近地风)所决定的,近地风的形态结构如湍流度、旋涡尺寸等以相当复杂的形式依赖于建筑物的尺度、外形、建筑物之间相对位置以及周围的地形地貌等,不同时间、不同空间的风速、风向是不同的。
可见,空气绕过建筑物的流动是一个非常复杂的流体运动现象,其流动特征具有明显的紊乱性、随机性,对行人的舒适程度的影响也不尽相同。
风作用在建筑物上产生风压差。
当风吹到建筑物上时,在迎风面上由于空气流动受阻,速度降低,风的部分动能变为静压,使建筑物迎风面上的压力大于大气压,在迎风面上形成正压区。
在建筑物的背风面、屋顶和两侧,由于在气流曲绕过程中形成空气稀薄现象,因此该处压力将小于大气压,形成负压区,形成涡流。
Snap4.jpg2、高大建筑高风速区分布高大建筑林立会产生“峡谷”效应,带来变幻莫测的“高楼风”。
气流分布与建筑物形状有关。
高层建筑如建筑呈横长形时风速最大区为建筑上方,当建筑呈细高状时,风速最大区为建筑两侧,项目的裙楼建筑为横长形,情况属于前者,塔楼建筑为细长形,情况属于后者。
Snap5.jpg(二)建筑群的局地风实际上,某一单体高层建筑物孤立存在的情况是很少的,更常见的是多栋相邻高层建筑物构成的建筑群。
对于高层建筑群,由于各单体建筑之间的相互干扰,使得组成群体的各个建筑的空气动力特征与单个孤立建筑相比有较大的区别,其周围的风环境状况也更加复杂。
影响高层建筑群风环境的主要因素为①建筑群空间密度及布局;②建筑物周围环境相对高度;③风向、风速;④建筑物的尺度、相对高度;⑤局域的地形、地貌等。
对于多个相邻高层建筑物,当间距足够大时,它们之间没有相互作用,相当于多个单体的情形;而当间距很小时,整体上只相当于一个单体建筑;只有当相邻建筑物之间存在一定的距离并相互作用时,其风场状况才不同于单体建筑。
高层建筑群风环境较差的区域为建筑物拐角处和巷道内。
高层建筑MTMD风振控制的参数优化
郑罡;高赞明;倪一清
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2004(023)003
【摘要】对高层建筑MTMD(多调质阻尼器)风振控制的参数优化进行了研究.在保证模态参数基本不变的前提下,将高层建筑的三维有限元模型简化为一维多层剪切模型.推导了在高层建筑任意一层或多层上安装TMD后,其频域空间传递函数的显示表达,获得了高层建筑在风载荷作用下的随机响应,并采用遗传算法对MTMD进行参数优化.最后,给出了对香港某高层建筑进行MTMD参数优化的算例.
【总页数】4页(P117-120)
【作者】郑罡;高赞明;倪一清
【作者单位】重庆交通科研设计院,重庆,400067;香港理工大学,土木及结构工程系,香港;香港理工大学,土木及结构工程系,香港
【正文语种】中文
【中图分类】P315.9
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1.柱面网壳结构MTMD风振控制研究 [J], 林勇建;周晅毅;顾明
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建筑结构的隔震、减振和振动控制一、本文概述随着社会的快速发展和科技的进步,建筑结构的隔震、减振和振动控制成为了土木工程领域的重要研究方向。
地震、风振、机械振动等外部因素都可能对建筑结构产生破坏,严重时甚至威胁到人们的生命安全。
因此,如何有效地隔绝、减少和控制这些振动带来的影响,成为了建筑设计和施工中不可忽视的问题。
本文旨在全面介绍建筑结构的隔震、减振和振动控制的基本原理、技术方法和实际应用。
我们将首先概述隔震、减振和振动控制的基本概念和重要性,然后详细分析各类振动控制技术的原理、特点和应用范围。
在此基础上,我们将深入探讨建筑结构隔震、减振和振动控制的设计方法、施工技术和评价标准。
通过具体案例分析,展示这些技术在实际工程中的应用效果和经济效益。
通过阅读本文,读者可以深入了解建筑结构隔震、减振和振动控制的基本理论和实践方法,为未来的建筑设计和施工提供有益的参考和借鉴。
我们也期望通过本文的探讨,能够推动建筑结构振动控制技术的进一步发展,为社会的繁荣和进步贡献力量。
二、隔震技术建筑物与基础之间设置隔震层,以隔离地震波对建筑物的直接作用,从而减小建筑物的地震响应。
隔震技术的基本原理是利用隔震层的柔性和阻尼特性,延长建筑物的自振周期,避开地震能量集中的频段,同时消耗地震能量,达到减小地震对建筑物破坏的目的。
隔震层通常由橡胶隔震支座、阻尼器、滑移隔震支座等构成。
其中,橡胶隔震支座以其良好的弹性和耐久性,在隔震技术中得到了广泛应用。
阻尼器则通过吸收和消耗地震能量,进一步减小建筑物的振动幅度。
滑移隔震支座则利用滑移面的摩擦力来消耗地震能量,实现建筑物的隔震。
隔震技术的应用范围广泛,包括住宅、学校、医院等各类建筑。
在实际工程中,需要根据建筑的结构特点、地震烈度、场地条件等因素,选择合适的隔震技术和隔震层设计方案。
同时,隔震技术的实施需要严格遵守相关规范和标准,确保隔震层的质量和性能。
隔震技术的优点在于其能够有效地减小建筑物的地震响应,保护建筑物免受地震破坏。
对高层建筑抗风的论述摘要:高层建筑由于自振周期长、阻尼小,其高柔的特征使其对风荷载特别敏感,风荷载是沿海地区超高层建筑的主要水平控制荷载,因此在强/台风作用下,其抗风设计须在满足规范安全要求的前提下,同时又要经济实用和结构性能高效,为此,开展高层建筑抗风优化和风振控制方面的研究具有十分重要的现实意义。
关键词:高层建筑;风荷载;抗风设计一、引言高层建筑是城市环境的重要组成部分,具有现代化、高效便捷和绿色环保的特点。
近年来随着经济飞速发展和城市可利用土地资源紧缺,高层建筑在全球主要城市大量兴建,2020年我国竣工的200m以上高层建筑占全球总量的50%以上,具有量大面广的特点。
高层建筑柔度大、自振频率低、阻尼低,是典型的风敏感结构[1,2]。
同时高楼的不断增高和复杂化,也增加了高楼的抗风难度。
高层建筑抗风至关重要,因为风是引起建筑物倒塌和损坏的主要原因之一。
高层建筑如果不能有效地抗风,将面临严重的安全隐患,给人们的生命和财产带来巨大的损失。
目前,由于人类活动和环境变化等因素的影响,高层建筑抗风问题日益突出。
例如,全球变暖导致的气温异常变化,激增的自然灾害,以及新建高层建筑增多等因素给高层建筑的可靠性和安全性带来了威胁。
因此,对于高层建筑抗风的研究和提高抗风能力的措施变得尤为关键。
本文将从高层建筑抗风的意义、影响及其影响因素和管理等方面进行全面分析,并提出相关措施,以期为高层建筑抗风提供更多思路和解决途径。
二、高层建筑抗风的意义和作用高层建筑抗风是指高层建筑在受到风力作用时,能够保持结构稳定,并且减少风灾的影响。
在高层建筑的设计和建设中,抗风是非常重要的一个方面,因为一旦遭受到风灾,不仅会给人们生命和财产造成损失,而且会对城市的安全和稳定造成影响。
因此,高层建筑抗风的意义和作用是:1. 保障人们的安全:高层建筑抗风能力的强弱直接影响到建筑物在高风压下的稳定性,如果设计不合理,建筑物很容易被风刮倒,造成人员伤亡。
超高层建筑设计中的风振效应治理超高层建筑作为现代城市的地标性建筑,不仅体现了人类对于技术和建筑的不断追求与创新,同时也带来了一系列独特的挑战与问题。
其中之一就是超高层建筑设计中的风振效应治理。
风振效应是指在风力作用下,建筑结构发生的振动现象。
对于低矮建筑而言,风振效应的影响往往可以忽略不计,但是对于超高层建筑而言,风振效应不仅会影响到建筑的舒适性和使用寿命,还可能对建筑的安全性产生重大威胁。
治理超高层建筑中的风振效应是一项极其重要且复杂的任务。
首先,设计师需要通过合理的结构设计来降低风振效应的发生。
各项参数的选择以及结构的刚度都需要经过精密的计算和模拟,以确保建筑能够在不同风力下保持稳定。
其次,采用适当的减振措施也是治理风振效应的重要手段之一。
最常见的减振装置就是阻尼器,它可以通过消耗建筑结构的振动能量来减小风振效应。
阻尼器的种类多种多样,包括液压阻尼器、摩擦阻尼器等等。
设计师需要根据具体情况来选择合适的减振装置,并确保其能够正常运行和维护。
除了结构设计和减振措施,建筑外立面的设计也可以在一定程度上减小风振效应。
通过合理布置外窗的开口和设置遮挡物,可以改变建筑的风场分布,减小风的影响力。
此外,一些先进的外立面材料也可以通过其自身的减振能力来有效降低风振效应。
然而,要想真正解决超高层建筑中的风振效应问题,单纯依靠设计和减振措施是远远不够的。
实际上,综合治理风振效应需要多个环节的协同配合。
首先是施工阶段的监控和控制。
在建造过程中,要严格遵守相关的建筑规范和工艺要求,确保施工的质量和安全。
同时,建筑结构的监测系统也需要进行实时监控,及时发现并处理异常情况。
其次是建筑维护和管理的重要性。
超高层建筑通常需要进行定期的维护和检查,以确保结构的稳定性和安全性。
维护团队应该具备专业的技术与知识,能够及时处理各类问题,并对建筑进行必要的加固和改进。
最后是科学研究和技术创新的持续推动。
随着科学技术的不断进步,我们需要不断地总结经验教训,深入研究超高层建筑中的风振效应,并寻找更加有效和可持续的治理方法。
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。
广东省标准DBJ 15-XX-2020备案号 J XXXXX-2020高层建筑风振舒适度评价标准及控制技术规程Comfort Evaluation Standard and Control Technical Specification forWind-induced Vibration of Tall Building(征求意见稿)2020-XX-XX 发布2020-XX-XX 实施广东省住房和城乡建设厅发布本标准不涉及专利广东省标准高层建筑风振舒适度评价标准及控制技术规程Comfort Evaluation Standard and Control Technical Specification for Wind-induced Vibration of Tall BuildingDBJ 15-XX-2020住房城乡建设部备案号:XXX批准部门:广东省住房和城乡建设厅施行日期:2020年XX 月XX 日XXXX出版社2020 广州前言本标准是根据广东省住房和城乡建设厅粤建科函〔2019〕1118号文“广东省住房和城乡建设厅关于发布《2019年广东省工程建设标准制定修订计划》的通知”的要求,由广东省建筑科学研究院集团股份有限公司会同有关单位经广泛调查研究,认真总结实践经验、参考有关国家标准和行业标准,并在广泛征求意见的基础上,编制本标准。
本标准的主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.基本规定;4.风振舒适度指标与评价准则;5.风振加速度计算与模拟;6.结构风振控制。
本标准由广东省住房和城乡建设厅负责管理,由广东省建筑科学研究院集团股份有限公司负责具体技术内容的解释。
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新荷载规范中【超高层建筑】的横风向及扭转风振金新阳1陈晓明肖丽杨志勇黄吉锋(中国建筑科学研究院,北京100013)提要基于《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)矩形平面结构横风向与扭转风振的计算方法,结合PKPM软件,讨论了结构高宽比、深宽比、周期、阻尼比等参数对等效风荷载计算结果的影响以及规范中相关计算方法的适用范围,为设计人员采用新荷载规范计算横风向与扭转风振提供支持。
关键词荷载规范,横风向风振,扭转风振,PKPM1.引言相对于上一版规范GB50009-2001(以下简称2001规范),《建筑结构荷载规范》GB50009-2012(以下简称2012规范)对风荷载的计算方法做了较大的修改。
其中不仅调整了【风压高度变化系数】和【体型系数】等静力计算内容,而且对【风振计算的内容与方法】做了大量的改进和完善工作,这其中包括:●修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数;●增加了大跨度屋盖结构风振计算的原则规定;●增加了横风向和扭转风振等效风荷载计算的规定;●增加了顺风向风荷载、横风向及扭转风振等效风荷载组合工况的规定;●增加高层建筑结构顺风向及横风向风振加速度计算等内容。
在风荷载的计算中,除了少数工程通过风洞试验获得数据以外,大多数工程仍需要借助于软件的自动计算功能,这就需要由工程人员自行确定相关的参数。
由于2012规范中风荷载计算涉及的参数较2001规范明显增多,且计算方法变得更加复杂,使得参数的选择和对计算结果的定性校核变得比较困难,因此有必要对各参数的选择和主要参数对计算结果的影响进行详细的分析讨论。
在本文中,依据2012规范提供的计算方法,结合PKPM的软件,讨论了不同的参数设置和结构的特征对计算结果的影响,并对规范中的重要条文,如适用范围等进行了重点探讨。
2.矩形平面结构的【横风向风振】按2012规范8.5.1条,“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物,宜考虑横风向风振的影响。
高层建筑风致振动动态特性分析高层建筑风致振动动态特性分析一、引言高层建筑在现代城市中日益增多,其风致振动问题也受到了广泛关注。
风对高层建筑的作用是一个复杂的动态过程,涉及到空气动力学、结构动力学等多个学科领域。
了解高层建筑风致振动的动态特性对于确保建筑物的安全性和舒适性至关重要。
二、高层建筑风荷载的特点1. 脉动性风荷载具有明显的脉动特性。
大气边界层中的风是由平均风和脉动风组成。
脉动风是由大气湍流引起的,其风速和风向随时间不断变化。
这种脉动性会导致高层建筑表面的风压也呈现出脉动变化,从而引起结构的振动。
2. 非平稳性风荷载的非平稳性也是一个重要特点。
风的特性会随着时间、地点、气象条件等因素而发生变化。
例如,在不同的季节、不同的地理位置,风的平均风速、湍流强度等参数都会有所不同。
这种非平稳性使得风荷载的分析和预测更加困难。
3. 三维性高层建筑风荷载是三维的。
风不仅会在水平方向上对建筑物产生作用,还会在垂直方向上产生作用。
在水平方向上,有顺风向风荷载和横风向风荷载;在垂直方向上,有升力和扭矩等作用。
这些不同方向的风荷载会共同影响高层建筑的振动特性。
三、高层建筑风致振动的理论分析方法1. 基于空气动力学理论的分析方法- 势流理论- 势流理论是一种经典的空气动力学理论。
它假设空气是无粘性、不可压缩的理想流体,通过求解拉普拉斯方程来描述流场。
在高层建筑风致振动分析中,势流理论可以用来计算建筑物表面的风压分布。
例如,对于简单的建筑物外形,可以通过势流理论得到较为准确的风压系数。
- 然而,势流理论也存在局限性。
它忽略了空气的粘性和湍流效应,对于实际的风环境,尤其是存在复杂湍流的情况,其计算结果可能与实际情况存在较大偏差。
- 湍流理论- 湍流理论是考虑空气湍流特性的理论。
它通过建立湍流模型来描述湍流的统计特性和输运过程。
常用的湍流模型有雷诺平均Navier - Stokes(RANS)模型、大涡模拟(LES)模型等。
高层建筑风振控制
高层建筑风振控制
风振控制的概念
最早是由Kabori和Minai在1960年提出的。
与结构自身的加固和加强相比结构中引进附加控制系统,具有明显的优势。
结构控制是控制技术和建筑领域的交叉学科,是建筑模型下应用控制理论达到建筑安全、舒适目标的课题。
根据控制力是否有外加能源输入,结构控制可分为被动控制和主动控制。
被动控制
被动控制突破了传统的设计方法,使仅依靠增加结构本身性能来抵抗动力荷载的方法发展为由结构的抗震抗风控制体系能动地控制结构的动力反应。
耗能减振系统
耗能减振系统是把结构物的某些非承重构件设计成消能元件,或在结构物的某些部位设置阻尼器,在风荷载作用时,阻尼器产生较大的阻尼,大量耗散能量,使主体结构的动力反应减小。
耗能减振系统可分为两类: (1)耗能构件减振体系,利用结构的非承重构件作为耗能装置,常用的耗能构件包括耗能支撑、耗能剪力墙等。
(2)阻尼器减振系统,包括粘弹性阻尼器VED、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。
吸振减振系统
吸振减振技术是在主结构中附加子结构,使结构振动发生转移,即使结构的振动能量在主结构与子结构之间重新分配,从而达到减小结构风振反应的目的。
目前主要的吸振减振装置有调谐质量阻尼器TMD、调谐液体阻尼器TLD等。
TMD系统(Tuned Mass Damper)
TMD能有效地减小结构风振反应已为人们普遍接受。
已有许多TMD成功地装置在世界各地的高层钢结构上,如美国纽约的Citicorp Center(59层),台北101大楼等。
调谐液体阻尼器TLD (Tuned Liquid Damper)
利用液面振荡力作为控制力作用于结构时为调谐液体阻尼器TLD。
简化模型主要有“集中质量法”和“浅水波动理论法”两类。