高层建筑突出物风振控制分析与设计方法研究

论文摘要

本文结合大型通用软件Etabs建立一带钢塔的高层结构模型,分析了结构的动力特性,研究了不同风振作用下原结构及其减振结构体系的动力响应,揭示了风速谱、频率比、风向角、基本风压、钢塔高度和跨度等参数对高层建筑突出物风振动力性能的影响规律和变化趋势;结合突出物所受振动激励的特点和阻尼减振装置附加给结构的阻尼特性,给出了高层建筑突出物风振控制设计的简化设计方法;最后针对一带玻璃幕墙构架的高层建筑结构,采用顶部幕墙开洞和阻尼减振技术对其进行了详细的风振控制与设计。主要研究工作包括以下几个方面:1.针对带钢塔高层结构,采用Etabs进行了结构动力特性分析、对不同参数条件下的33组工况进行了风振响应分析与研究。结果表明钢塔对主体结构影响很小,而主体结构对钢塔影响较大,高层建筑楼顶钢塔在风荷载作用下的动力响应远大于下部主体结构的动力响应,风速谱、频率比、风向角、基本风压、钢塔高度和跨度是影响高层建筑楼顶钢塔风振响应的重要因素,设计楼顶钢塔时应充分考虑利用钢塔自身的抗风性能,避开不利影响,尽量减小结构的鞭梢效应且不能忽略主体结构对其振动影响;2.针对带钢塔高层结构,采用速度相关型阻尼器对其进行风振控制分析。结果表明,速度相关型阻尼器可以有效抑制钢塔类突出物的风致振动响应,提高突出物在强风下的安全性能,在耗能减振装置的选取和布置上,应结合实际结构合理确定合适的耗能减振装置和布置方式;3.将突出物所受振动激励的特点和阻尼减振装置附加给结构的阻尼特性相结合来分析高层建筑突出物风振控制响应。结果表明将两者相结合的方法可以简化高层建筑突出物风振控制设计;4.对于高层建筑突出物的风振控制,提出减小突出物的受风面积和设置阻尼减振装置的减振方式。针对一带玻璃幕墙构架突出物的高层结构,采用三种减振方式对其进行风振反应分析,结果表明所提方案可以经济有效的控制结构风振响应,提高结构的安全性和舒适性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高层建筑突出物地震作用效应分析的研究现状
• 1.3 高层建筑突出物风振分析的研究现状
• 1.4 本文研究的目的、内容和意义
• 第二章 高层建筑楼顶钢塔风振响应分析
• 2.1 结构动力特性分析
• 2.1.1 计算模型
• 2.1.2 结构动力特性
• 2.2 结构阻尼问题
• 2.3 无控结构风振响应分析
• 2.3.1 不同风速谱下结构的风振响应分析
• 2.3.2 不同频率比下结构的风振响应分析
• 2.3.3 不同风压和不同风向下结构的风振响应分析
• 2.3.4 不同高度和不同跨度楼顶钢塔的风振响应分析
• 2.3.5 主体结构与楼顶钢塔之间的相互影响分析
• 2.4 小结
• 第三章 高层建筑楼顶钢塔风振控制分析
• 3.1 结构风振控制的基本原理
• 3.2 安装粘滞阻尼器的结构风振响应分析
• 3.2.1 不同风压下安装线性与非线性粘滞阻尼器结构风振响应分析
• 3.2.2 安装粘滞阻尼器的不同高度和不同跨度钢塔风振响应分析
• 3.2.3 考虑与不考虑主体结构对钢塔影响时钢塔风振响应对比分析
• 3.2.4 不同布置方式下结构的风振响应分析
• 3.3 安装粘弹性阻尼器的结构风振响应分析
• 3.3.1 不同风压下安装粘弹性阻尼器的结构风振响应分析
• 3.3.2 安装粘弹性阻尼器的不同高度和不同跨度钢塔风振响应分析
• 3.3.3 考虑与不考虑主体结构对钢塔影响时钢塔风振响应对比分析
• 3.4 粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器对钢塔减振效果的比较分析
• 3.5 小结
• 第四章 高层建筑突出物风振控制的简化设计方法
• 4.1 楼顶塔楼简化计算模型
• 4.2 等效阻尼比的计算
• 4.2.1 粘滞阻尼减振结构等效阻尼比的计算
• 4.2.2 粘弹性阻尼减振结构等效阻尼比的计算
• 4.3 设计流程
• 4.4 算例分析与设计
• 4.5 小结
• 第五章 某带突出物高层建筑风振控制分析与比较
• 5.1 工程概况
• 5.2 脉动风荷载的模拟
• 5.2.1 脉动风速谱的选取
• 5.2.2 脉动风模拟结果
• 5.3 结构无控风振响应分析
• 5.4 结构风振控制方案
• 5.5 结构减振控制分析与比较
• 5.5.1 模态分析
• 5.5.2 顶部玻璃幕墙开洞（方案A）
• 5.5.3 设置粘滞阻尼器（方案B）
• 5.5.4 玻璃幕墙开洞结合设置粘滞阻尼器（方案C）
• 5.5.5 减振控制方案的比较
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢