超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
(完整版)高层建筑在风荷载作用下的相关研究
高层建筑在强风作用下由于脉动风的影响将产生振动，这种振动有可能使在高层建筑内生活或工作的人在心理上产生不舒适的感觉,从而影响建筑物的正常使用”由于风是一种经常性的荷载作用,因此有必要将风引起的高层建筑的振动限制在人体舒适的感觉范围之内”重现期的选择也最大风速样本的取法影响着平均风速的数值”如果以口最大风速为样本,则一年有365个样本，平时低风速的口子的风速值占有很大的权，而最大风速那一天的风速只占1/365的权,因而最大风速重要性大大降低了，统计出的平均风速必将大大偏低"如果采用月最大风速,则每年最大风速在整个数列中也只占1/12的权,也降低了最大风速所起的重要性，所得结果也是偏低的"对十工程结构应该能承受一年中任何口子的极大风速,因此取年最大风速为样本”最大风速有它的自然周期，每年季节性地重复一次,因而采用年最大风速作为一个样本,较为合适”世界各国基本上是取年最大风速作为统计样本的”平均风的时距平均风速的数值与时距的取值有很大的关系”如果时距取得很短,例如3秒钟,则必定将记录中最大值附近的较大数据都突出反映在计算中,较低风速在平均风速中的作用难以得到反映，因而平均风速值很高”如果取得很长,例如1天，则必定将1天中大量的小风平均进去,较高风速在该长时距中起不到显著作用,其值一般偏低”一般来说,时距愈短,平均风速愈大，时距愈长，平均风速也就愈小"风速记录表明,阵风的卓越周期约为1min，通常认为10min(约10个周期)至1小时（约60个周期,由于阵风有较长的持续性,衰减较慢)其平均值基本上是一个稳定值,因而我国规范规定以10分钟作为取值标准”一般我们所研究的对象不会出现异常风的气候,称为良态气候"对十这种气候,我们可以认为年最大风速的每一个数据都对极值的概率特性起作用,因此，世界上许多国家把年最大风速作为概率统计的样本,由重现期和风速的概率分布获得该地区的设计最大风速，或者称为基本风速"我国规定基本风速采用极值I型概率分布函数进行统计分析"对于多层建筑和高层建筑的风致响应问题，连续体系，采用随机振动理论进行分析。
超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用
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超高层建筑的抗风荷载与风振分析
超高层建筑的抗风荷载与风振分析在现代城市的天际线上，超高层建筑如同一颗颗璀璨的明珠，展现着人类建筑技术的伟大成就。
然而，这些高耸入云的建筑在面对大自然的力量时，尤其是风的作用，面临着巨大的挑战。
风荷载和由此引发的风振问题，是超高层建筑设计和施工中必须要重点考虑的关键因素。
风荷载，简单来说，就是风对建筑物表面产生的压力和吸力。
对于超高层建筑，由于其高度巨大，暴露在风中的面积也相应增大，所受到的风荷载就更为显著。
而且，随着高度的增加，风速也会增大，风的作用变得更加复杂。
风在超高层建筑周围流动时，会产生分离、漩涡和湍流等现象。
这些流动特性会导致风荷载的分布不均匀，在建筑的某些部位形成较大的压力或吸力，从而对结构的稳定性和安全性产生威胁。
例如，建筑的拐角处、屋顶边缘以及突出部分往往会受到较强的风作用。
风振则是风荷载作用下建筑物产生的振动现象。
这种振动可能是顺风向的，也可能是横风向的，甚至是扭转方向的。
风振不仅会使居住者感到不适，还可能导致结构的疲劳损伤，长期累积下来，可能会影响建筑的使用寿命，严重时甚至可能引发结构的破坏。
为了有效地应对风荷载和风振问题，工程师们在设计超高层建筑时采用了一系列的方法和技术。
首先是风洞试验。
这是一种通过在人工模拟的风环境中对建筑模型进行测试，来获取风荷载和风振特性的重要手段。
在风洞中，可以精确地控制风速、风向和湍流等参数，模拟出各种不同的风况。
通过在模型上布置传感器，可以测量出风作用下的压力、位移和加速度等数据，为设计提供可靠的依据。
其次是结构优化设计。
通过合理选择建筑的形状和结构体系，可以减小风荷载的影响。
例如，采用流线型的外形可以减少风的阻力，降低风荷载。
在结构体系方面，采用框架核心筒结构、巨型框架结构等具有良好抗侧力性能的体系，可以有效地抵抗风振作用。
再者，增加结构的阻尼也是一种常见的方法。
阻尼可以消耗振动能量，减小振动的幅度。
通过在结构中设置阻尼器，如粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器等，可以有效地控制风振响应。
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。
[应用]高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析[1]
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高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析[1]致振动。
脉动风压是由于大气的湍流运动形成的动荷载。
建筑物周围脉动风压作用见图3[ 4 ]。
致振动。
脉动风压是由于大气的湍流运动形成的动荷载。
建筑物周围脉动风压作用见图3[ 4 ]。
第34卷第24期山西建筑Vol. 34 No. 24·86·2008年8月SHANXI ARCHITECTUREAug. 2008·结构·抗震·文章编号:100926825 (2008) 2420086202高层建筑结构在风荷载作用下的振动分析秦力张学礼徐德永摘要:通过介绍我国高层建筑结构风荷载设计方法、风荷载作用形式及由风荷载引起的结构振动,结合工程实例,进行了较详细的结构振动反应计算,以供同类型风荷载作用下的振动分析参考借鉴。
关键词:高层建筑结构,脉动风压,结构振动中图分类号:TU312. 10 引言高层建筑上作用的水平荷载包括风荷载和水平地震作用。
风的作用是不规则的,风压随着风速、风向的紊乱变化而不断的变化。
风荷载是随时间波动的动力荷载。
对高层建筑而言,动力荷载是引起结构毁灭性破坏的主要原因,因此,在高层建筑结构设计和安全性评价时,进行结构的动力反应分析是非常必要的。
为简,对高度大且较柔的高层建筑,必须考虑其动力效应影响[1]化起见,某些结构设计规范或结构动力反应分析中的抗风分析采用一些拟静力计算方法[2] ,如风压采用等效静力形式,但仍必须进行结构的动力分析。
对于高层和超高层建筑的风振动力反应主要有以下3方面的考虑:1)由风振产生的惯性力在结构中引起附加应力;2)建筑结构振动加速度会使生活和工作在其中的人产生不舒适感[3] ;3)由于风振反应发生的频度较高,有可能使结构产生疲劳效应[2]。
文中通过介绍我国高层建筑结构风荷载设计方法、风荷载的作用形式及由风荷载引起的结构振动,详细论述了结构在顺风向、横风向脉动风荷载作用下和二者共同作用下产生的扭转作用的处理过程和引起结构振动反应分析的最新研究。
双塔高层建筑风荷载与风致响应研究的开题报告
双塔高层建筑风荷载与风致响应研究的开题报告一、选题背景及意义随着人们生活水平的提高，城市建设也愈加密集，高层建筑层出不穷。
在高楼林立的城市中，高层建筑常常会受到强风的袭击，容易出现倾斜、断裂、倒塌等安全隐患。
因此，研究高层建筑的风荷载及风致响应是非常必要的。
此次研究选取的是双塔高层建筑，该类型建筑特点是结构简单，高度较高，风荷载及风致响应会对其稳定性产生影响。
通过研究建筑物在不同风速下的荷载变化及响应，可以为该类建筑的设计及安全评估提供科学依据。
二、研究内容1. 国内外双塔高层建筑的研究现状及趋势通过查阅文献、资料等方式，了解目前国内外双塔高层建筑研究的现状及趋势，为后续的研究提供基础知识。
2. 双塔高层建筑的风荷载计算方法根据相关标准，对双塔高层建筑的风荷载进行计算，包括静风载、动风荷载等。
3. 风荷载对双塔高层建筑的影响通过数值模拟等手段，研究不同风速下风荷载的变化及其对双塔高层建筑的影响，探究其稳定性及安全隐患。
4. 双塔高层建筑的风致响应分析利用有限元软件等工具，对双塔高层建筑在风荷载作用下的响应进行分析，研究其振动特性及结构变形情况，为其结构设计提供参考。
三、研究方法1. 文献梳理法：通过查阅资料、文献等方式收集、整理与本课题相关的信息和资料。
2. 数值模拟法：利用CFD等数值模拟软件对双塔高层建筑在不同风速下的荷载进行计算和分析。
3. 有限元分析法：通过有限元软件对建筑物在风荷载作用下的响应进行分析，探究其振动特性及结构变形情况。
四、预期结果通过对双塔高层建筑的风荷载及风致响应研究，预期可以得到以下结果：1. 分析不同风速下双塔高层建筑的风荷载变化规律。
2. 分析风荷载对双塔高层建筑的影响及其稳定性。
3. 研究双塔高层建筑在风荷载作用下的振动特性及结构变形情况。
4. 提出优化设计建议，为该类建筑的安全性和稳定性提供科学的参考和依据。
五、研究进度安排第1-2周：查阅文献，了解双塔高层建筑的研究现状及趋势。
超高层建筑抗震性能与等效静力分析
超高层建筑抗震性能与等效静力分析近年来，随着城市化进程的不断加快，城市建筑的高度和密度也在逐渐提高。
尤其是超高层建筑，已经成为了现代城市建筑的代表之一。
然而，由于地震随时可能发生，超高层建筑的抗震性能就成为了重中之重。
为了保障超高层建筑的抗震能力，工程师们使用了等效静力分析等方法对其进行了深入研究。
一、超高层建筑抗震性能的重要性抗震设计是超高层建筑设计中的关键一环，是确保建筑物在地震中能够安全运行的重要手段。
在地震中，建筑物所受的震动荷载和其他荷载一样，都需要被构件所承受，承受能力不足则会发生破坏。
而超高层建筑的不稳定性、结构复杂性、高度限制等因素都会影响其抗震性能，因此，抗震设计的重要性不言而喻。
在抗震设计中，我们通常采用的方案是通过对建筑物结构进行强度和刚度的增强，以及加强结构的抗震能力。
而等效静力分析便是一种广泛采用的抗震设计方法。
二、等效静力分析等效静力分析，顾名思义，就是通过计算建筑物在地震中所受到的等效静力来确定其抗震能力。
其基本原理是通过科学合理的方法，将建筑物所受到的动态荷载转化为等效的静态荷载，再进行静力分析，得出建筑物的结构反应。
等效静力分析需要建筑物的结构方案，分析外荷载和土壤作用等因素，为建筑设计者提供了较为完整的建筑物抗震分析解决方案。
该方法不仅考虑了地震荷载的大小和方向等因素，还可分析建筑物各种荷载的组合作用，通过分析加强结构强度和刚度来提高建筑的抗震能力。
三、等效静力分析的优点相比于其他建筑抗震分析方法，等效静力分析有着以下几个优点：1. 等效静力分析可快速准确地分析建筑结构的强度和刚度指标，并有助于设计师快速制定合理的方案。
2. 等效静力分析利用简化的模型，不仅可以减轻建筑结构的复杂性，还可有效地分析建筑物在地震中的结构反应，并做出预测。
3. 等效静力分析能够对建筑物的不同部分进行分析，由此来优化建筑物的性能。
特别是对于不同部分所受的地震荷载的分析和优化，这种方法更是有效。
超高层建筑抗风性能的研究与应用
超高层建筑抗风性能的研究与应用在当今城市化进程不断加速的时代，超高层建筑如雨后春笋般在世界各地崛起。
这些高耸入云的建筑不仅是城市的地标，也是人类工程技术的伟大成就。
然而，随着高度的增加，风对超高层建筑的影响也变得愈发显著。
强风可能导致结构的振动、变形甚至破坏，严重威胁着建筑的安全性和使用功能。
因此，深入研究超高层建筑的抗风性能，并将研究成果应用于实际工程中，具有至关重要的意义。
超高层建筑所面临的风荷载是极其复杂的。
风的特性包括风速、风向、风的湍流强度等，都会对建筑产生不同程度的影响。
当风吹过超高层建筑时，会在建筑表面产生压力分布的变化，形成风吸力和风压力。
这种压力的变化可能导致建筑结构的受力不均，进而引发振动。
此外，风的湍流效应会使风的作用更加不稳定，增加了结构响应的复杂性。
为了研究超高层建筑的抗风性能，科研人员采用了多种先进的技术和方法。
风洞试验是其中最为常见和有效的手段之一。
在风洞中，可以模拟各种风况，对建筑模型进行测试，获取风荷载的数据以及结构的响应。
通过风洞试验，可以了解建筑在不同风向和风速下的受力情况，为结构设计提供重要的依据。
数值模拟也是研究超高层建筑抗风性能的重要方法之一。
借助计算机强大的计算能力，运用流体动力学的理论和方法，可以对风与建筑的相互作用进行数值模拟。
这种方法能够提供详细的风场信息和结构响应，帮助设计人员优化建筑的外形和结构布置。
在超高层建筑的抗风设计中，建筑的外形起着关键的作用。
流线型的外形能够有效地减小风的阻力，降低风荷载。
例如，一些超高层建筑采用了逐渐收窄的外形，或者在建筑顶部设置了防风的设施，以减少风对建筑的影响。
结构体系的选择也是抗风设计的重要方面。
框架核心筒结构、巨型框架结构等在超高层建筑中得到了广泛的应用。
这些结构体系具有较好的抗侧刚度和承载能力，能够有效地抵抗风荷载引起的水平力。
此外，阻尼装置的应用也能够提高超高层建筑的抗风性能。
阻尼器可以消耗风振能量，减小结构的振动响应。
高耸结构和高层建筑风振控制的等效设计风荷载的开题报告
高耸结构和高层建筑风振控制的等效设计风荷载的开题报告一、题目简介高耸结构和高层建筑风振控制的等效设计风荷载二、研究背景高耸结构和高层建筑在强风环境下容易受到风振的影响，导致建筑物产生振动、甚至倒塌。
因此，对这些结构进行风振控制至关重要。
在风振控制中，等效设计风荷载是一个重要的参数，可以用来模拟建筑物在不同风速下受到的风荷载。
常见的等效设计风荷载计算方法有几何相似理论、化简风场理论和CFD（计算流体力学）方法等。
这些方法各有优缺点，在实际应用中需要根据建筑物结构特点和实际情况选择合适的方法。
三、研究内容本研究的主要任务是针对高层建筑进行等效设计风荷载的研究，包括以下内容：1. 综述几种常见的等效设计风荷载计算方法，分析其适用范围和优缺点。
2. 选取一个或多个适合高层建筑的等效设计风荷载计算方法，进行计算和仿真。
3. 对比不同等效设计风荷载计算方法的计算结果和建筑物实际情况，评估其准确性和可靠性。
4. 基于等效设计风荷载计算结果，探究高层建筑风振控制方法和措施，包括调节建筑物本身结构、加装风振控制装置等。
四、研究意义本研究的主要意义在于：1. 提供高层建筑等效设计风荷载的计算方法，为工程实践提供参考和实用工具。
2. 探究高层建筑风振控制方法和措施，为建筑物的安全稳定运行提供技术支持。
3. 拓展高层建筑风振研究领域，提高建筑物抗风能力和安全性。
五、研究方法本研究采用文献综述和计算仿真相结合的方法，具体步骤如下：1. 查阅相关文献，综述常见的等效设计风荷载计算方法；2. 选取适合高层建筑的等效设计风荷载计算方法，进行计算和仿真；3. 对比不同等效设计风荷载计算方法的计算结果和建筑物实际情况，评估其准确性和可靠性；4. 基于等效设计风荷载计算结果，探究高层建筑风振控制方法和措施；5. 进行实验验证，并对研究结果进行统计和分析。
六、预期成果完成本研究后，预期可以获得以下成果：1. 针对高层建筑等效设计风荷载的计算方法；2. 高层建筑的风振控制方法和措施；3. 实验证明等效设计风荷载计算方法的准确性和可靠性。
高层建筑风振问题研究
高层建筑风振问题研究随着经济的快速发展和城市化进程的加速，高层建筑在现代都市生活中扮演着重要角色。
然而，随着高层建筑的不断增长，其所面临的挑战也逐渐凸显出来，其中之一就是风振问题。
风振问题指的是当高层建筑遭受到大风的作用时，建筑结构会出现一定程度的振动现象。
这种振动不仅可能引发居民的不适感，还可能对建筑结构的安全性产生威胁。
因此，对高层建筑的风振问题进行研究显得尤为重要。
首先，我们需要了解高层建筑风振问题的原因。
风振问题主要是由风的作用力引起的。
当风吹过高层建筑时，由于风的作用力会产生波动，这种波动会传递到建筑结构上，进而引发振动现象。
建筑结构的振动不仅受到风速的影响，还受到建筑物的形状和材料的刚度等因素的影响。
为了解决高层建筑风振问题，科学家和工程师们投入了大量的研究。
他们首先研究了风对于不同形状和材料的建筑所产生的作用力。
他们发现，不同形状的建筑在风作用下所受到的振动程度会有所不同。
例如，圆柱形的建筑会比方形的建筑受到更大的风力作用，从而产生更加明显的振动现象。
此外，科学家们还研究了不同材料对风力作用的响应。
他们发现，使用柔性材料的建筑相对于刚性材料的建筑来说更容易受到风振的影响。
为了解决高层建筑风振问题，工程师们采取了一系列的措施。
首先，他们会在设计过程中考虑风振问题。
他们会根据地区的气候和建筑物的用途等因素来选择合适的形状和材料，以降低风振的概率。
其次，他们还会在建筑外墙表面安装振动控制装置，如阻尼器和减振器等。
这些控制装置可以吸收和分散部分风力作用力，从而减轻建筑结构的振动现象。
然而，尽管采取了上述措施，高层建筑风振问题仍然无法完全消除。
因此，更加深入的研究还是必要的。
科学家们正在努力探索新的振动控制技术和策略，以提高高层建筑的风振抗风能力。
例如，他们正在研究如何利用智能材料和结构来预测和控制风振现象。
这些智能系统可以通过感知建筑结构的振动状态，并及时作出调整来保持结构的稳定性。
总之，高层建筑的风振问题是一个复杂而严峻的挑战。
超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
用在结构层上 ,因此需要把风洞试验得到的 12 个测
点层的数据插值到 42 个结构层上 。得到每层的风
荷载时程 Fjx 、Fjy 后 ,通过傅里叶变换求得每层风荷 载的自功率荷载谱密度和互功率谱密度 , 以此作为
高层结构风振响应随机振动求解的荷载输入项 。
3 计算结果与分析
3. 1 位移响应 由于周围建筑物的干扰作用明显 ,较难区分来
190. 24 10
)
0.
44
CPi
(
t)
(2)
高层建筑的计算采用简化层模型 , 作用于该建
筑上的风荷载以集中力的形式作用于各结构层上 ,
并且与结构层的自由度相对应 , 将沿建筑周向分布
的风荷载合成为水平方向的合力 Fx 、Fy 。结构第 j 测点层的水平力 F jx 、Fjy 分别为
n
∑ Fjx =
中国规范对于造型独特且有相邻建筑干扰的高 层建筑风荷载缺乏体型系数和干扰因子的规定 ,因 此为了得到合理的风致效应 ,确定等效静风荷载用 于主体结构抗风设计 ,同时也为了考察动力风荷载 作用下的人体舒适度 ,有必要对此类超高层建筑进 行风压测定的风洞试验和结构风致动力效应分析 。
1 风洞试验
广州珠江新城 B127 地块项目的建筑物总高度 为 190. 24 m ,标准层平面为椭圆形 ,如图 1 所示 ,该 建筑物结构对风荷载的作用较为敏感 ,同时该建筑 物还受到周围多栋建筑的气动干扰 。其风洞试验模 型用工程塑料制成 ,比例为 1 ∶300 ,根据该建筑外 形特征 ,在四周立面布置有代表性的测压点测试风 压分布 ,典型测点布置和测试风向角如图 2 所示 ,整 栋建筑共布置测点 345 个 。试验在广东省建筑科学 研究院 C GB21 建筑风洞的大试验段进行 ,试验考虑 了周边半径 500 m 范围的建筑 ,同时考虑了 24 个不 同风向角的影响 ,风洞试验模型如图 3 所示 。试验 风向角在 0°～360°之间 ,每间隔 15°共 24 个风向角 下进 行 。计 算 试 验 风 压 时 以 建 筑 物 顶 部 高 度 190. 24 m为参考高度 。本文中定义的 x 方向与椭 圆形的短轴方向一致 , y 方向和椭圆形的长轴方向 一致 。
超高层建筑风载结构分析及风振控制研究
超高层建筑风载结构分析及风振控制研究随着城市化的加速和经济的发展，越来越多的超高层建筑拔地而起。
然而，由于高楼的特殊性质，其面临的风载结构分析和风振控制也是一项复杂的工程。
超高层建筑风载结构分析当设计师设计超高层建筑时，一定要考虑到其中出现的风荷载问题。
因为超高层建筑的层数越高，其受到的风荷载就会越大。
对于这些高楼大厦，需要进行风载分析，并制定相应的风荷载标准。
风荷载标准不仅包括了结构的抵抗力上限，还限定了设计的规范和要求。
设计师在进行风荷载分析时，往往使用数学统计的方法去计算建筑受风荷载的概率，从而找出风荷载与风速的线性关系。
然后根据该线性关系对建筑结构进行选材和设计。
超高层建筑风振控制研究风荷载作为超高层建筑面临的重要问题，不仅需要进行分析，还需要进行风振控制研究。
随着超高层建筑的层数一层层叠加，风荷载造成的振动问题也逐渐加剧。
由于风振的存在，许多人都会在高楼上感受到晕眩和失衡感，这必须尽快得到解决。
除了采用风荷载分析的结果来指导设计建筑的结构与抵抗力之外，还需要采用其它手段来控制超高层建筑的风振现象。
其中比较常见的控制手段有：自适应控制、主动控制和缓冲控制。
自适应控制是一种通过感应风荷载，从而对建筑结构和飘挂物体的运动进行相应的控制的技术。
通过感应到风荷载的方向和强度，可以采取相应的控制手段，从而减小风振造成的影响。
主动控制是一种更具有智能化的方法，其通过计算机控制算法对建筑结构的平衡进行控制。
当建筑结构产生风荷载的振动时，计算机会迅速进行数据处理，对结构进行相应的调整，从而消除振动的影响。
缓冲控制是一种有着长期的实践基础的控制手段，其借助了一些物理学的原理。
常用的缓冲控制手段包括振动消除器、缓冲器、减震器等。
总结一下，超高层建筑在设计之初就必须考虑到其风荷载问题。
而各种风荷载分析和控制手段也不断在进步。
然而，新型建筑经常会采用混合或组合的设计方法，对于这种情况，需要设计师们集思广益，共同解决超高层建筑的风荷载问题，确保人居安全和建筑的可持续发展。
高层建筑顺,横风向和扭转方向风致响应及静力等效风荷载研究
高层建筑顺、横风向和扭转方向风致响应及静力等效风荷载研究国家自然科学基金重大项目(59895410)国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50321003)教育部“高等学校骨干教师资助计划”资助博士生：叶丰指导教师：顾明教授二零零肆年肆月摘要高层建筑的发展使得结构风效应成为控制设计的主要因素，对其计算方法的准确认识是非常重要的。
本文对高层建筑顺、横、扭三个方向上的风致响应及静力等效风荷载作了深入研究，建立了一个统一、完整的高层建筑风致响应及静力等效风荷载计算体系。
主要工作包括：1)完成了十个典型高层建筑刚性模型同步测压试验，并根据风洞试验结果研究了各种高层建筑在紊流风场中表面风压分布的一些基本特性，主要考虑了风向角、截面外周各点位置、高度、截面形状等对风压系数和三分力系数的影响。
在此基础上确定了不同截面形状高层建筑的最不利风向角、此风向角对应的平均三分力系数及其偏导数，为后续的风荷载参数研究工作提供了依据。
2)将高层建筑顺、横、扭三个方向上的外加风荷载视为三种激励分量(顺、横向紊流和尾流激励)共同作用的结果，且各种激励分量可假定为互相独立的随机高斯过程。
为此，本文将刚性测压试验结果按不同激励分量予以分离，在此基础上给出了不同激励对应的力系数、形状函数以及归一化的激励谱的计算公式。
3)建立了结构顺、横、扭三个方向的风致运动方程，并根据脉动风致响应的特性给出了背景和共振响应计算方法。
前者不能按振型分解法求解，而应通过对气动力协方差与影响函数乘积积分的方法来计算；后者可只考虑一阶振型的贡献，两者应按平方和开方的原则组合得到脉动风致响应的峰值。
4)研究分析了荷载响应相关(LRC)法的优点，并将其用于计算背景等效风荷载。
共振等效风荷载可以采用结构一阶振动产生的惯性力来描述。
由于背景等效风荷载与共振等效风荷载分布不一致，故不能简单叠加。
为此，本文提出了总等效风荷载的四种计算方法并分析了各自的优缺点。
5)考察了高层建筑风致响应和静力等效风荷载的基本特性，并以截面形状、高宽比、长宽比、一阶振型指数、一阶阻尼比以及风场为主要参数分析了它们对响应和等效风荷载各种组合方法精度的影响。
高耸结构风振响应的等效静力法研究
收稿日期:2007-08-08作者简介:程 晓(1969 ),男,浙江东阳人,工程师,从事结构设计和研究工作。
高耸结构风振响应的等效静力法研究程 晓,王世村(浙江城建设计集团股份有限公司,浙江杭州310005)摘 要:我国现有规范提供的计算方法在计算大柔度高耸结构的风振响应时有较大偏差,为了更加准确地计算此类结构的风振响应,在将结构的脉动响应分为背景部分和共振部分的基础上,分别采用阵风因子法和荷载组合法分析了高耸结构的顺风向风振响应;并对一钢结构烟囱进行了实例计算,同时将计算结果与相关规范提供的计算方法进行了比较,研究了两种方法的特点和适用范围。
关键词:背景响应;共振响应;阵风因子;荷载组合中图分类号:TU392.6;TU973+.32 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2007)12-0015-02高耸结构(如通讯塔、输电塔、烟囱、天线等)是一种特殊的结构形式,广泛应用于电力、通讯、广播电视等领域。
高耸结构具有高度高、重量轻、刚度小、外形细长等特点,因而风荷载往往是设计中的控制荷载。
大多数情况下,高耸结构的风振响应以顺风向为主,而顺风向响应的大小也是工程上最为关心的问题。
Davenport20世纪60年代首先提出计算抖振响应的等效静力风荷载概念:如果某个静力荷载作用于结构时,产生的某个效应如位移或内力与风荷载作用下的效应最大值相同,则定义该荷载为等效静力风荷载。
引入等效静力风荷载概念后,结构的风振动力响应计算转化为等效静力风荷载的计算,而结构的响应计算转化为简单的静力分析。
因此可以说,等效静力风荷载是联系风工程和结构工程的纽带。
1 响应的平均分量、背景分量和共振分量结构的风致振动是一个窄带系统对宽频激励的响应问题,其总风振响应由平均响应和脉动响应组成[1]。
据此可以把高耸结构的风致动力响应划分为两部分:固有频率处的峰值响应属于窄带响应,与结构的动力特性如质量分布、刚度分布和阻尼有关,称为共振分量;而其它频率范围的响应为宽带响应,是结构对脉动风荷载的非共振响应,具有准静态特性,与结构的动力特性无关,称为背景分量。
高层建筑风振响应分析与控制研究
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。
超高层建筑的风振分析与控制
超高层建筑的风振分析与控制随着城市化进程的加速，超高层建筑在世界各地如雨后春笋般涌现。
这些高耸入云的建筑不仅是城市的地标，也是现代建筑技术的杰作。
然而，超高层建筑在面临强风时，会产生风振现象，这对建筑的安全性和舒适性构成了严峻的挑战。
因此，对超高层建筑进行风振分析与控制至关重要。
风振是指风对建筑物的作用引起的结构振动。
对于超高层建筑来说，由于其高度较大、结构柔性增加，风振的影响更为显著。
风振可能导致建筑结构的疲劳损伤、构件破坏，甚至影响建筑物的使用功能和居住者的舒适度。
为了确保超高层建筑在风荷载作用下的安全可靠，需要深入了解风振的产生机制和特点，并采取有效的分析和控制方法。
风振分析是研究超高层建筑在风荷载作用下响应的重要手段。
常见的风振分析方法包括风洞试验、数值模拟和理论分析等。
风洞试验是一种通过在风洞中模拟实际风场环境，对建筑模型进行测试的方法。
通过测量模型在不同风速和风向条件下的力和位移响应，可以获得较为准确的风振特性数据。
数值模拟则是利用计算机软件对风场和建筑结构进行建模和计算，能够快速预测风振响应，但需要对模型的准确性进行验证。
理论分析则基于力学原理和数学方法，对风振问题进行简化和求解，但在处理复杂结构和流场时存在一定的局限性。
在进行风振分析时，需要考虑多种因素。
首先是风的特性，包括风速、风向、风谱等。
不同地区的风特性差异较大，因此需要根据建筑所在的地理位置和气象条件确定合适的风荷载参数。
其次是建筑的结构特性，如结构形式、刚度分布、质量分布等。
这些因素会影响建筑对风荷载的响应。
此外，还需要考虑建筑周围的环境，如周边建筑物的干扰、地形地貌等。
风振控制是减小超高层建筑风振响应的有效措施。
常见的风振控制方法包括被动控制、主动控制和半主动控制。
被动控制是通过在建筑结构中设置耗能装置或调整结构的自身特性来消耗风振能量，例如安装调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器（TLD）等。
主动控制则是通过外部能源输入，实时调整控制系统的参数，以主动抵消风振的作用。
超高层建筑结构设计中的风振效应分析
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。
高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征
第23卷第7期 V ol.23 No.7 工 程 力 学 2006年 7 月 July 2006 ENGINEERING MECHANICS93———————————————收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50321003)；教育部“高等学校骨干教师资助计划”联合资助作者简介：*顾明(1957)，男，江苏兴化人，教授，博导，长江学者，主要从事结构抗风研究(E-mail: Minggu@)； 文章编号：1000-4750(2006)07-0093-06高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征*顾 明，叶 丰(同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海 200092)摘 要：详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。
将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量，给出了相应的计算公式；还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式，提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法，并讨论了计算背景分量的QML 法和LRC 法的差异。
最后，以一典型高层建筑为算例，讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。
关键词：高层建筑；风致响应；等效静力风荷载；背景分量；共振分量 中图分类号：TU312+.1; V211.74 文献标识码：ACHARACTERISTICS OF WIND INDUCED RESPONSES ANDEQUIV ALENT STATIC WIND LOADS OF TALL BUILDINGS*GU Ming, YE Feng(State Key Laboratory for Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: Computational methods and representative characteristics of wind induced responses and equivalent static wind loads of tall buildings are discussed in detail. The responses and equivalent static wind loads are both divided into mean, background and resonant components, and the formulas for these components are given correspondingly. The difference between QML and LRC approaches for background component is then discussed. A simple and convenient method for total equivalent static wind loads is proposed. Finally, a typical tall building is taken as an example to demonstrate the main characteristics of the responses and equivalent static wind loads of tall buildings.Key words: tall building; wind induced response; equivalent static wind load; background component; resonantcomponent高层建筑和高耸结构抗风研究是结构工程领域中当前的热点。
高耸建筑设计与风振控制研究
高耸建筑设计与风振控制研究近几十年来，高耸建筑物在世界各个城市的天际线上屹立不倒，成为了城市的标志性地标。
然而，随着建筑物高度的不断增加，风振问题逐渐凸显，成为了高耸建筑设计的一项重要考虑因素。
当人们走近一座高耸建筑时，常常能感受到微风带来的振动。
这种振动是由风力产生的，而风力是空气流动所产生的外力。
对于高耸建筑物而言，特别是超高层建筑，其高度和轻巧的结构使其更容易受到风力的影响。
因此，高耸建筑物的风振控制成为了设计中至关重要的一环。
高耸建筑的设计需要兼顾结构的强度和刚度，同时还要考虑风力的作用。
为了减小风振问题，设计师们通常会采用多种策略。
首先，他们会考虑建筑物的基础设计，确保其能够承受外部风力的冲击。
其次，他们会采用一些减振措施，如利用阻尼器、质量阵列等装置来吸收和分散振动能量。
此外，还可以通过调整建筑物的形状和结构布置来减小振动的影响。
在高耸建筑设计中，风洞实验是必不可少的工具。
通过在风洞中模拟真实的风力环境，设计师可以准确预测建筑物的风振响应，并优化结构设计。
风洞实验可以帮助设计师了解风力对建筑物的影响，并评估不同控制措施的效果。
除了风洞实验，计算机模拟也在高耸建筑设计中起到了重要作用。
借助计算机模拟软件，设计师可以快速分析和优化建筑物的结构，以实现更好的风振控制效果。
与传统的试验相比，计算机模拟更加高效、经济，并且可以模拟各种复杂的风力场景。
尽管风振问题在高耸建筑设计中是不可避免的，但是通过科学的研究和技术手段，可以有效减小振动对建筑物的影响。
设计师们通过风洞实验和计算机模拟，不断改进建筑的结构和控制措施，使高耸建筑可以在极端天气条件下依然稳定。
未来，随着科技的发展和工程技术的进步，高耸建筑的设计与风振控制将迎来更加创新和智能化的发展。
比如，利用传感器和自适应控制系统，可以根据实时风力情况对建筑物的结构进行调整和优化，最大程度地减小风振问题。
此外，利用新材料和新技术，也可以设计出更加轻巧但却足够强韧的建筑结构，提高抗风振能力。
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CHale Waihona Puke i(t)(2)
高层建筑的计算采用简化层模型 , 作用于该建
筑上的风荷载以集中力的形式作用于各结构层上 ,
并且与结构层的自由度相对应 , 将沿建筑周向分布
的风荷载合成为水平方向的合力 Fx 、Fy 。结构第 j 测点层的水平力 F jx 、Fjy 分别为
n
∑ Fjx =
王松帆 ,汤 华
(广州市设计院 ,广东 广州 510620)
摘要 :为避免中国现行《建筑结构荷载规范》( GB 50009 —2001) 中所采用的风振系数仅考虑结构的 1 阶振型 ,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性 ,采用风 洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法 ,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰 和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响 应 。结果表明 :由于周围建筑的干扰 ,顺风向 、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同 ,其不利 角度也与规范存在差异 ;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考 。 关键词 :超高层建筑 ;风振响应 ;风洞试验 ;等效风荷载 ;抗风设计 中图分类号 : TU312. 1 文献标志码 :A
荷载均匀作用在每层上 。根据空气动力学原理 , 结 构各测压点上的净风压系数 CPi ( t) 为
结构特征的湍流特性 ,以及周围环境对建筑结构的 干扰作用 ,因而更为精确 。
CPi ( t) = Pui ( t) / ( P0 - P ∞)
(1)
式中 : Pui ( t) 为作用在测点 i 处的净风压 ; P0 、P∞分
Abstract : The wind vibratio n facto r in current L oa d Code f or Desi g n of B ui l di n g S t ruct u res ( GB 50009 —2001) in China was advanced o nly co nsidering t he first vibratio n shape of t he st ruct ure , but for super high2rise building st ruct ures wit h co mplex shape , t he above calculatio n met hod was inco mpletely reaso nable. Co nsidering t he influence of irregular st ruct ure , aerodynamic interference of adjacent buildings and cro ss2wind effect , aut hors o btained t he alo ng2wind and cro ss2wind equivalent static wind loads and wind2induced dynamic respo nse needed fo r wind resistant design of super high2rise building st ruct ures by using t he met hod of co mbining wind t unnel test wit h wind vibratio n respo nse calculatio n , and achieved good effect s in p roject p ractices. The result s show t hat because of interference of surro unding buildings , alo ng2wind and cro ss2wind equivalent static wind loads differ f ro m normal super high2rise buildings and t he disadvantageo us wind directio ns are inco nsistent f ro m t ho se shown in code. The co nclusio ns al so p rovide evidence and reference fo r wind resistant design of super high2rise building st ruct ures. Key words : super high2rise building ; wind vibratio n respo nse ; wind t unnel test ; equivalent static wind load ; wind resistant design
别为试验时参考高度处的总压和静压 ; t 为时间 。
参考点高度 (相当于实际高度) 为 190. 24 m , C
类地貌 , 基 本 风 压 取 0. 5 k Pa , 由 此 得 到 各 点 的
CPi ( t) 时程曲线 ,实际建筑中与测点 i 相对应的风压 Pri为
Pri ( t)
=
0.
308
×(
Pri ( t) co s αi ·L i
i =1
(3)
n
∑ Fjy =
Pri ( t) sin αi ·L i
i =1
式中 :αi 为测点 i 法线方向与 x 方向的夹角 ; L i 为
测点 i 控制的水平长度 ; n 为第 j 测点层总测点数 。
根据式 (3) 可以获得各测点层的风压合力 Fx 、 Fy 的时程 。SA TWE 模型中总共有 42 个结构层 。 风致动力响应计算中所需要的风压合力必须直接作
2 等效静风荷载和风振响应计算
2. 1 结构模型 建筑平面为 74 m ×40. 5 m 的近椭圆形 ,结构
采用钢筋混凝土框架2核心筒结构体系 ,风荷载计算 取阻尼比为 0. 05 。结构抗风设计分别采用 50 年一 遇基 本 风 压 0. 5 k Pa 和 100 年 一 遇 基 本 风 压 0. 6 k Pa ,建筑所在地接近于 C 类地貌 。结构舒适 度计算采用 10 年一遇基本风压 0. 3 k Pa ,阻尼比取 0. 02 。结构的前 16 阶振型自振频率见表 1 ,结构第
流的顺风向与横风向 ,因此该建筑并不按照顺风向 和横风向来划分结构的振动形式 ,主要给出了结构 x 方向和 y 方向的风致振动结果 。
50 年一遇风荷载作用下 ,结构顶点位移峰值随 风向角的变化如图 4 所示 。从图 4 可见 : x 方向顶 点位移峰值为 0. 171 6 m ,发生在 15°风向角下 ; y 方 向顶点位移峰值为 0. 082 4 m ,发生在 330°风向角下 。
用在结构层上 ,因此需要把风洞试验得到的 12 个测
点层的数据插值到 42 个结构层上 。得到每层的风
荷载时程 Fjx 、Fjy 后 ,通过傅里叶变换求得每层风荷 载的自功率荷载谱密度和互功率谱密度 , 以此作为
高层结构风振响应随机振动求解的荷载输入项 。
3 计算结果与分析
3. 1 位移响应 由于周围建筑物的干扰作用明显 ,较难区分来
4 0. 605 8
5 0. 747 4
6 0. 852 8
7 1. 132 0
8 1. 445 0
阶 次 自振频率/ Hz
9 1. 607 0
10 1. 793 0
11 1. 873 0
12 2. 002 0
13 2. 051 0
14 2. 280 0
15 2. 519 0
16 2. 559 0
第 1 期 王松帆 ,等 :超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
103
风振系数来表征高层建筑顺风向的动力风效应 ,其 计算公式基于规则结构 (如质量 、外形沿高度不变或 均匀变化) 提出 ,并仅考虑结构的 1 阶振型 ,不考虑 高阶振型的贡献 、扭转及横风效应 。由于目前实际 超高层建筑往往具有体型复杂 、周围建筑密集 、气动 力干扰明显等特征 ,仅按规范公式计算的风振系数 来考虑动力风效应 ,得到的结果不尽合理 。顺风向 湍流 、横风向湍流和旋涡脱落激励是构成动力风荷 载的主要激励机制[2] ,通过风洞试验和结构动力分 析合理地确定等效风荷载及结构动力响应 ,对于保 证设计合理和使用舒适性是非常必要的 。
1 阶振型主要表现为 x 方向的平动 , 第 2 阶振型主 要表现为 y 方向的平动 。
考虑到中国规范规定的很多结构控制要求 ,特 别是对于结构楼层位移 、层间相对位移与层高比值 和结构加速度的控制值都是基于楼板平面内无限刚 度假设制定的 ,因此采用简化层模型来计算该结构 的风振响应 ,可得到各个风向角下各楼层的位移 、加 速度的动力响应结果 。 2. 2 荷载施加方式 本次计算的结构动力风荷载取自风洞试验 ,风
0 引 言
一 。位于台风多发地区的超高层建筑的风致振动已 成为其结构设计需要考虑的首要因素 。中国现行
风荷载是超高层建筑结构的主要水平荷载之 《建筑结构荷载规范》( GB 50009 —2001) [1] 中采用
收稿日期 :2009209213 作者简介 :王松帆 (19692) ,男 ,江西黎川人 ,高级工程师 ,工学硕士 , E2mail :wangsfan @126. com 。
Research on Wind Vibration Response and Equivalent Static Wind Loads of Super High2rise Buildings
WAN G So ng2fan , TAN G Hua
( Guangzho u Design Instit ute , Guangzho u 510620 , Guangdo ng , China)