论文摘要
高层建筑风荷载引起的效应在总荷载效应中占有相当大的比重,甚至起决定性作用,因而风荷载及风荷载作用下结构的静、动力响应常常是高层建筑研究的主要内容。在脉动风作用下,高层建筑会发生振动,当振动达到某一限值时,人们开始有某种不舒适的感觉,甚至不能忍受,直接影响居民的工作和生活。这种就居住者舒适感而言的振动效应分析,常称为舒适度分析,舒适度分析主要针对风荷载而言,尽管判断舒适度的标准有多种,但采用最多的是高层建筑的顶点最大加速度。这一新兴课题是伴随超高层结构出现的,因而对其进行的研究还不够深入。尽管各国对舒适度验算提出了一些计算方法,但其合理性是值得研究的。目前我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称“高规”）和《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）规定舒适度的验算是通过计算结构顶点加速度值来判定的。现行规范为了使用上的方便,在理论推导中进行了大量的简化,在参数的选取上,是经过大量计算和分析整理,并考虑与原规范的衔接而得出的。本文研究的重点是超高层建筑顺风向顶点最大加速度,主要的研究内容和创新性成果如下:①通过阅读大量的相关文献,以我国现行规范的理论和原则为基础,由随机振动理论,按风振随机振动的振型分解法,在基于相对规则结构的情况下,在频域内对加速度响应根方差进行了详细的理论推导,得出了高层建筑顺风向顶点加速度的计算公式。②对顺风向顶点加速度计算公式进行化简,并对其中的参数进行分析和选取,其中包括风速谱、空间相关函数、地面粗糙度系数、振型坐标等,并对频域响应函数虚部的简化计算进行了详细的推导。③以Etabs软件为基础,分析了结构三维坐标下空间振型的正交性问题,并选取了一个复杂结构为例,对振型的正交性进行了验证。通过对模型的计算,得出了实际计算中振型坐标的选取方法。④用Matlab语言对得出的顶点加速度公式编程,并通过多个工程实例进行计算。根据选择的地面粗糙度系数k和振型数的不同,得出不同的结果,并对结果进行分析,得到如下结论:因为k值比较离散,所以k值不同时,得到的顶点加速度差别比较大;随着振型数的增加,加速度也会不同程度的增加,对于相对规则结构高阶振型对加速度的影响最大可达到百分之二十几,比较小的时候也能达到百分之十左右。对于个别结构可以达到百分之三十,所以有时是不能忽略高阶振型的影响的;对规则结构,计算顺风向顶点加速度时,一般取前3～5阶振型就可以;对于比较规则的结构一般取到5～8阶;对于个别结构要取到10阶以上才能达到比较高的精度。⑤因为规范计算顶点加速度时,没有明确达文波特谱中系数k的具体取值,而是基于动力可靠度的考虑,引入脉动系数,避开了k的具体取值问题,所以实际中没办法具体比较,只能做为参考。根据文献[3]得到的k值按本文的方法计算的顶点加速度值,结果比规范方法计算的结果偏小。通过对9个C类地貌下的建筑结果分析,得出了地面粗糙度为C类的情况下,k的取值范围。