高层建筑风效应及风振控制

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本文首先通过风洞试验,研究了多边形截面高层建筑边角凹凸对风载体型系数分布的影响。探讨了不同边角凹凸的方形及八角形等七种典型多边形截面的平均风压体型系数和极值风压体型系数的分布特征,并与规范十字形截面和CAARC标模进行比较;分析了各种截面的风压敏感点位置,提出抗风最有利的截面形式。研究发现,0°风向角下迎风直角切角的体型系数与规范十字形有很大差异;十字形,深、浅锯齿,带凹槽的浅锯齿方形截面的来流分离点不一致,凹槽可以缓和切角处气流分离,使切角和中间区域的体型系数趋于一致;比较这四种截面形式,认为带凹槽的浅锯齿方形截面为最优截面,浅锯齿方形截面为最不利截面,在截面适当位置布置凹槽对结构抗风是有利的,值得工程借鉴。其次采用刚性模型对某高层建筑进行了多点同步测压风洞试验。考虑周围建筑的干扰效应,得到24个风向角下的风荷载时程。从SATWE模型提取出该建筑各结构层的质量和层间刚度,根据有限元原理形成简化层模型,不考虑扭转,每个结构层取2个平动自由度。对该建筑进行风振时程分析,研究了各楼层位移加速度响应。发现在90°105°风向角下由于存在较大的横风效应,结构顶层合成加速度最大值为16.54 cm/s2、16.83 cm/s2,均大于规范要求(15 cm/s2)。因此有必要对其进行风振控制,以改善、提高其风振舒适性。最后采用调谐液体阻尼器TLD对建筑进行横风向风振控制。运用深水理论,推导得到水箱—结构相互作用的方程组;分析了水深比、频率比、质量比,TLD安装位置等参数对TLD减振效果的影响,得到最佳的TLD设计方案。计算结果表明,通过在结构顶层安装TLD进行减振控制,顶层加速度响应减小到13.37 cm/s2(90°)、12.01 cm/s2(105°);顶层合成加速度最大值为13.95 cm/s2(15°),均达到规范要求。说明利用调谐液体阻尼器TLD对结构进行风振控制,可以使结构的风振舒适性、安全性得到大幅度的提高。
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