高層建筑順、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)方向風(fēng)致響應(yīng)及靜力等效風(fēng)荷載研究.pdf

1、高層建筑的發(fā)展使得結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)成為控制設(shè)計的主要因素,對其計算方法的準(zhǔn)確認(rèn)識是非常重要的.本文對高層建筑順、橫、扭三個方向上的風(fēng)致響應(yīng)及靜力等效風(fēng)荷載作了深入研究,建立了一個統(tǒng)一、完整的高層建筑風(fēng)致響應(yīng)及靜力等效風(fēng)荷載計算體系.主要工作包括:1)完成了十個典型高層建筑剛性模型同步測壓試驗,并根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果研究了各種高層建筑在紊流風(fēng)場中表面風(fēng)壓分布的一些基本特性,主要考慮了風(fēng)向角、截面外周各點位置、高度、截面形狀等對風(fēng)壓系數(shù)和三分力系數(shù)的

2、影響.在此基礎(chǔ)上確定了不同截面形狀高層建筑的最不利風(fēng)向角、此風(fēng)向角對應(yīng)的平均三分力系數(shù)及其偏導(dǎo)數(shù),為后續(xù)的風(fēng)荷載參數(shù)研究工作提供了依據(jù).2)將高層建筑順、橫、扭三個方向上的外加風(fēng)荷載視為三種激勵分量(順、橫向紊流和尾流激勵)共同作用的結(jié)果,且各種激勵分量可假定為互相獨立的隨機(jī)高斯過程.為此,本文將剛性測壓試驗結(jié)果按不同激勵分量予以分離,在此基礎(chǔ)上給出了不同激勵對應(yīng)的力系數(shù)、形狀函數(shù)以及歸一化的激勵譜的計算公式.3)建立了結(jié)構(gòu)順、橫、扭三

3、個方向的風(fēng)致運(yùn)動方程,并根據(jù)脈動風(fēng)致響應(yīng)的特性給出了背景和共振響應(yīng)計算方法.前者不能按振型分解法求解,而應(yīng)通過對氣動力協(xié)方差與影響函數(shù)乘積積分的方法來計算;后者可只考慮一階振型的貢獻(xiàn),兩者應(yīng)按平方和開方的原則組合得到脈動風(fēng)致響應(yīng)的峰值.4)研究分析了荷載響應(yīng)相關(guān)(LRC)法的優(yōu)點,并將其用于計算背景等效風(fēng)荷載.共振等效風(fēng)荷載可以采用結(jié)構(gòu)一階振動產(chǎn)生的慣性力來描述.由于背景等效風(fēng)荷載與共振等效風(fēng)荷載分布不一致,故不能簡單疊加.為此,本文提

4、出了總等效風(fēng)荷載的四種計算方法并分析了各自的優(yōu)缺點.5)考察了高層建筑風(fēng)致響應(yīng)和靜力等效風(fēng)荷載的基本特性,并以截面形狀、高寬比、長寬比、一階振型指數(shù)、一階阻尼比以及風(fēng)場為主要參數(shù)分析了它們對響應(yīng)和等效風(fēng)荷載各種組合方法精度的影響.此外還研究了尾流渦脫激勵對橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)方向響應(yīng)的貢獻(xiàn)隨上述參數(shù)變化的情況.6)提出了高層建筑風(fēng)致響應(yīng)及等效風(fēng)荷載的簡化分析方法,可以避免復(fù)雜的積分計算,同時又能保持較高的計算精度.多個算例的計算結(jié)果證實了簡化方