环境风激励下的深圳平安金融中心模态参数识别

环境风激励下的深圳平安金融中心模态参数识别

李秋胜;韩旭亮;何运成;贺映候;周康

【摘要】对高度600 m的超高层建筑——深圳平安金融中心在外界环境风激励下的风振响应进行了现场实测.通过安装在塔楼118层的2组加速度传感器测得结构的风致加速度响应,采用经验模态分解法(EMD)与随机减量技术(RDT)相结合的方法计算了结构的自振频率和阻尼比.建立了深圳平安金融中心三维有限元模型,通过有限元分析得出结构的自振频率,并与实测结果进行对比.结果表明:由EMD和RDT相结合的方法计算得出结构1阶横弯自振频率约为0.12 Hz,阻尼比为0.3%~0.6%;结构1阶扭转自振频率约为0.28 Hz,阻尼比为0.8%~1.0%;深圳平安金融中心实测结构自振频率和阻尼比与其他结构高度相似的超高层建筑实测结果相近,且实测结果和有限元分析结果吻合较好,验证了EMD和RDT结合方法分析超高层建筑模态参数的有效性;测试结果可以为超高层建筑设计和相关研究提供依据.%The 600 m height super high-rise building of Ping'an Financial Center (PAFC) in Shenzhen was field measured under external ambient wind excitation.The wind-induced acceleration responses of the structure were measured by the two groups of acceleration sensors installed on the 118th floor.The natural frequency and damping ratio of the structure were calculated by combining empirical mode decomposition (EMD) and random decrement technique (RDT).The three-dimensional finite element model of Ping'an Financial Center in Shenzhen was established, and the natural frequency of the structure was obtained by finite element analysis.The results show that using EMD and RDT combination method, the first-order transverse natural vibration frequency is about 0.12 Hz, the damping ratio is 0.3%-

0.6%;the first-order torsional natural vibration frequency is about 0.28 Hz, the damping ratio is 0.8%-1.0%.The measuring natural vibration frequency and damping ratio of Ping'an Financial Center in Shenzhen are close to other similar high-rise structures, and the measured results are in good agreement with the finite element analysis results, which verifies the effectiveness of EMD and RDT combination method to analyze high-rise building modal parameters.The measured results can provide the basis for the design of super high-rise building and related research.

【期刊名称】《建筑科学与工程学报》

【年(卷),期】2017(034)003

【总页数】8页(P1-8)

【关键词】超高层建筑;风致响应;现场实测;经验模态分解法;随机减量技术;模态参数

【作者】李秋胜;韩旭亮;何运成;贺映候;周康

【作者单位】湖南大学土木工程学院,湖南长沙 410082;香港城市大学建筑学及土木工程学系,香港;湖南大学土木工程学院,湖南长沙 410082;香港城市大学建筑学及土木工程学系,香港;香港城市大学建筑学及土木工程学系,香港;湖南大学土木工程学院,湖南长沙 410082

【正文语种】中文

【中图分类】TU973.2

随着建筑材料的发展、设计理念的创新、施工技术的进步，超高层建筑得到了快速发展。近年来兴建了大量的超高层结构，至2020年，全球将至少建成8座高度超过600 m的超高层建筑。随着结构高度的不断提高，超高层建筑呈现出质量轻、柔度高以及自振频率低、阻尼比低等特点[1-5]。超高层建筑较低的自振频率与台风动荷载的主要频率段比较接近[1]，在台风作用下可能产生较大的风致响应，因此对超高层建筑的风致振动及动力特性进行研究很有必要。

超高层建筑风致振动的研究方法主要包括风洞试验、数值模拟以及现场原型实测3种，其中现场原型实测是研究结构风效应最为直接可靠的方法。现场原型实测可以得到结构的风致振动响应，由结构的振动响应可以进一步识别出结构的模态参数[6-9]。对于超高层建筑，其模态参数在设计前后往往是有差别的，现场原型实测得到的结构模态参数不仅能对设计阶段的取值加以验证，而且可为今后的超高层建筑设计提供依据。

在超高层建筑结构模态参数识别方法中，随机减量技术(Random Decrement Technique,RDT)应用较为广泛，但是由于RDT方法只能处理平稳、零均值的随机过程，所以本文采用适合处理非平稳随机过程的经验模态分解法(Empirical Mode Decomposition,EMD)与RDT相结合的方法对深圳平安金融中心进行模态参数识别研究，分析对比实测及有限元结果，为超高层建筑的设计提供依据。

深圳平安金融中心(图1)地处深圳市福田中心区，是一栋以甲级写字楼为主，包含商业、娱乐、会议中心和金融交易等功能的超高层建筑。塔楼地下5层，地上118层，建筑高度600 m，仅次于上海中心大厦，为中国第二高楼。塔楼外形曲线随高度有变化。塔楼首层平面尺寸约56 m×56 m，楼层平面向上收细，在100层以上逐渐收进至约46 m×46 m。中央核心筒平面为约30 m×30 m的矩形，内含所有垂直交通、设备竖井和服务空间。塔楼的主体结构形式为巨型框架核心筒结构，主要由混凝土核心筒、四周8根型钢混凝土巨柱以及巨型钢伸臂、带状钢桁