強扭轉長懸臂高層建築風振控制研究

項目摘要

近些年來，我國乃至全世界許多國家建造了一些特殊異型高層建築，這些建築超高、大偏心扭轉，有的存在長懸臂。這些建築的設計已經超越了規範的要求，而且，國內外對此類建築的抗震抗風研究極少。所以有必要對此類建築的風致回響及抗風措施進行研究。本項目就是解決強扭轉長懸臂高層建築的抗風難題，此難題的解決，可填補我國特殊異型結構的規範空白，為結構設計提供新的抗震抗風措施。本項目研究內容為：強扭轉長懸臂結構抗風回響及等效風荷載的計算理論研究，強扭轉結構剛性模型測定及氣彈性模型風洞試驗，屋頂游泳池、環形阻尼器及抗扭筒的抗扭轉減振研究。創新點為：研發抗扭筒，以控制結構風致扭轉振動；屋頂游泳池、環形阻尼器及抗扭筒作抗風混合控制；對長懸臂結構利用傳統加固及質量泵控制風振。

結題摘要

隨著世界經濟的起飛和城市化進程的加速，高層建築在全國各地大量興建，有的剛度突變，有的屋頂及其它位置有大懸臂，有的在屋頂或屋間設定綠色景觀，有的設有建築內游泳池，從而形成大偏心扭轉或剛度突變的高層建築，這些建築大多超過了規範的要求。針對這些問題，有必要結合現有設計規範及環境因素，重點解決強扭轉及長懸臂高層建築的抗風及抗震難題。本項目以超限高層強扭轉及長懸臂結構的風致振動控制為研究內容，通過風洞試驗研究該結構的風致振動回響，並採用多種振動控制措施對該結構的平動和扭轉振動進行控制，以保證其安全性和舒適性。主要取得如下創新性成果：（1）扭轉剛度的計算不僅僅需要考慮柱的抗扭剛度，還需要考慮構件的抗扭剛度；為了減小扭轉對結構的影響，在不能減小偏心距的情況下，就儘量讓每個樓層的偏心情況從下到上均勻變化，這樣對抗扭是有利的。（2）運用精確實空間解耦方法分析帶TMD的隔震結構，結果表明，精確實空間解耦法較為精確。非經典結構體系的位移回響表達式中還包含有標準振子的速度回響組合項；該方法具有普遍性，適用於一般非對稱質量、剛度和非對稱非經典阻尼結構回響的精確實空間解析分析。（3）由風洞試驗所得出的數據知：本文選取的不規則結構由於剛度差異大，橫風向回響較大；氣彈模型試驗結果顯示各風向角下結構回響有較大差異；8個風向角下回響有所差別，其中270°風向角下結構加速度和扭轉回響皆為最大，確定此風向角為結構最不利風向角；最不利風向角下結構的合加速度幅值回響超出舒適度限值，應進行控制；結構第6層有剛度突變，且立面體型突變，時程分析可知此處層間扭轉角過大，宜進行風致扭轉控制。（4）對結構樓層位移和扭轉角過大的位置採用抗扭筒加以控制，分別對結構進行有控工況下的風荷載作用時程分析，與無控工況下的結構動力回響進行對比，表明抗扭筒對高層建築動力回響控制效果明顯。（5）對結構安裝環形TLCD和鼓形TLCD前後的扭轉回響進行了對比分析發現：合理設計鼓形TLCD的相關參數，可使結構的風致扭轉回響得到較好控制，尤其對於扭轉回響越大的樓層控制效果更好。（6）在高層結構頂層設定游泳池可以起到控制風振回響的效果；通過合理的尺寸設計，或在大風來襲時給游泳池添加隔板，可使得游泳池的一階頻率更接近結構的第一自振頻率，進而達到理想的控制效果；若要使結構滿足舒適度要求，則應再加以其他控制設施進行聯合控制。（7）增設黏滯

強扭轉長懸臂高層建築風振控制研究

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