高层建筑顺风向风荷载风致响应研究

论文摘要

风荷载是建筑结构的重要荷载,合理的进行结构抗风设计,是保证结构安全的重要因素。随着科技水平的不断提高,现代高层建筑和高耸结构朝着更高、更柔的方向发展,这使得建筑物的自振频率越来越接近自然风的卓越频率,建筑物在风荷载作用下的动力响应也越来越显著。在非抗震区,风荷载甚至成为结构水平向的控制荷载,因此有必要对建筑结构的风致振动进行深入研究。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。本文对高层建筑顺风向脉动风荷载作了进一步研究。20世纪60年代,Davenport的一系列研究使结构的抗风设计方法产生了巨大的进步。他将风荷载分为平均风和脉动风两部分,把其中的脉动风看成一平稳高斯随机过程,并提出了脉动风的功率谱密度模型。通过随机振动理论,可以得到结构在脉动风荷载作用下的响应。本文首先研究了高层建筑实际的顺风向风致响应,接着介绍脉动风荷载的模拟方法——M.Shinozuka方法。M.Shinozuka方法得到的脉动风荷载样本的统计特征值能较好的符合理论值,系统阐述了这种方法的分析过程,其中涉及到脉动风荷载功率谱的计算。采用MATLAB可以方便有效的进行编程,其中的矩阵函数能够容易的实现Cholesky分解以及随机数的求取等。在此基础上,以武汉世茂锦绣长江A2地块1号楼1-3单元高层为背景,对该结构在风荷载作用下的动力响应进行了分析,获得了该高层建筑不同高度上的风振位移响应、加速度响应等信息,从而确定高层建筑在风作用下的振动效应及是否满足居住者的舒适度的要求等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构风致振动响应分析的发展及现状
• 1.3 高层建筑风荷载研究存在的问题
• 1.4 课题研究的目的、意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 工程概况及脉动风荷载模拟
• 2.1 引言
• 2.2 工程概况
• 2.3 风荷概述
• 2.3.1 风、风速和风压
• 2.3.2 基本风速和基本风压
• 2.3.3 结构上的风载荷
• 2.4 平均风沿高度的变化规律
• 2.5 脉动风的特性
• 2.6 M.Shinozuka方法介绍
• 2.6.1 脉动风速谱
• 2.6.2 脉动风压的规格化功率谱
• 2.6.3 脉动风的空间相关性
• 2.6.4 脉动风荷载功率谱
• 2.7 M.Shinozuka风荷载模拟方法
• 2.8 脉动风荷载的计算机模拟
• 2.9 本章小结
• 第三章 结构风致振动响应分析
• 3.1 引言
• 3.2 结构风致振动响应分析的基本原理
• 3.2.1 线性定常系统
• 3.2.2 线性系统响应特征
• 3.2.3 线性定常系统的响应分析方法
• 3.3 结构振动的有限元法
• 3.3.1 有限元法的基本思想和基本步骤
• 3.3.2 结构振动的有限元分析方法
• 3.3.3 基本方程及有限元分析列式
• 3.3.4 结构动力学方程的求解
• 3.4 小结
• 第四章 有限元模型建立
• 4.1 有限元技术的发展及应用现状
• 4.2 建立有限元几何模型
• 4.2.1 ANSYS中的几种建模方法
• 4.2.2 定义单元类型
• 4.2.3 建立几何模型
• 4.3 网格划分
• 4.4 定义边界条件
• 4.5 小结
• 第五章 结构风荷载的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 静力分析
• 5.2.1 平均风作用下的静力分析
• 5.2.2 等效脉动风作用下的静力分析
• 5.3 模态分析
• 5.4 脉动风荷载作用下的结构响应分析
• 5.5 结果分析
• 5.5.1 位移分析
• 5.5.2 加速度分析
• 5.6 小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表论文
• 致谢