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用简化的瞬态测压方法研究高层建筑的风振响应及等效荷载

徐安  
【摘要】: 随着经济的发展、科技的进步以及城市人口的增加,超高层建筑得以迅速发展。利用新型的建筑材料,通过先进的施工技术建造起来的现代超高层建筑,通常轻质、高柔度、阻尼小。这类高层建筑对风特别敏感,风荷载是它的一项非常重要的、控制设计的荷载。 对于超高层建筑风振效应的研究,一般都通过风洞试验来完成。在现行的风洞试验技术中,气动弹性模型试验模型制作复杂、试验周期长、费用高,而高频底座天平试验则只能考虑结构的基阶振型并假定其为线性,且由于只能测得基底倾覆弯矩,无法测量各层的平均风荷载,故而无法确定结构各层的等效设计荷载。 本文以CAARC高层建筑标模作为研究对象,尝试在瞬态测压试验的基础上,利用脉动风荷载的竖向相干性分析其风振响应以及等效设计荷载。首先分析了各测点层合力的相干特性,结果显示各测点层所受顺风向风荷载之间的相干函数基本成单调衰减规律,而横风向脉动风荷载在漩涡脱落频率处存在和顺风向不同的显著相关性。据此本文采用拟合的方法提出了各测点层顺风向和横风向脉动风荷载的相干函数经验公式,并结合随机振动理论给出了采用脉动测压技术分析高层建筑风振响应与等效荷载的简化方法。按照简化方法计算的基底倾覆弯矩功率谱、基底弯矩响应、顶部加速度和位移响应等参数均能与高频底座天平试验的结果较好的符合,等效设计荷载的计算结果也与按照《建筑结构荷载规范》的计算结果具有一定的可比性。采用本文方法可以克服天平方法要求结构的基阶模态必须线性且不能给出结构沿高度的荷载分布等缺点。本文结合一具体的工程实例,分析了深圳新万基大厦的风振响应和等效设计荷载。 在上述分析的基础上,本文进一步研究了CAARC标模各测点层合力风力谱特性。结果表明,由于漩涡脱落导致横风向层风力谱以及相干函数均出现明显尖峰,而流场湍流度的增加则对漩涡脱落有抑制作用。进一步拟合了顺风向和横风向各测点层层风力谱的经验公式,并给出了以此为基础的计算CAARC标模风振响应的流程,从而建立起完整的标模风振响应以及等效荷载计算的数学模型。


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