高耸结构和高层建筑风振控制的等效设计风荷载

论文摘要

高耸结构和高层建筑是一种应用十分广泛的建筑结构型式,顺着建筑高度和高宽比的增加及钢结构的大量应用,风致振动引起的高耸结构和高层建筑不能满足结构刚度和舒适度的抗风设计要求的问题日益突出。除了采取积极调整结构布置,结构形式等方法以更好发挥结构功能外,越来越多的风工程学者和结构工程师开始致力于用结构振动的控制的方法来解决上述问题。对于高层建筑和高耸结构的风振控制设计,采用的是频率域和时间域的动力分析方法。这些方法虽然可以得到风振控制的效果,但由于它无法与常规的抗风设计中采用的基于设计规范方法的结果统一和比较,因此广大的结构工程师很难将其应用到高层建筑实际的抗风设计中,这就大大地影响了结构振动控制技术在高层建筑和高耸结构抗风设计中的推广和应用。据此可知,寻找和研究高层建筑风振控制基于规范的实用化设计方法是十分必要。由于不论何种减振装置(主动,被动,半主动),其减振的效果都可认为是相当于增加了结构的阻尼,因此本文作者所提出方法的基本思路是:首先求出各种减振装置对高层建筑风振控制效果的结构等效阻尼比(即相当于结构增加的阻尼);然后依据受控结构所具有的总的有效阻尼比(为原结构阻尼比与结构等效阻尼比之和),按《建筑结构荷载规范》修正受控结构上的等效设计风荷载(比原结构上设计风荷载要小);最后,依修正后的等效设计风荷载用静力分析方法计算受控结构的受控风效应。显然,这种方法的思路与常规的抗风设计方法是一致的。一方面,它的计算结果完全可以与原结构抗风设计的结果进行比较。另一方面,它可以用常规的高层建筑结构设计分析软件来完成。因此,这种方法完全可以为广大结构工程师所接受,是高层建筑风振控制设计进入设计规范的途径。本文详细阐述了高耸结构和高层建筑风振控制的等效设计风荷载和控制减振装置等效结构阻尼比的两个概念,求出了被动控制中广泛应用的粘弹性阻尼器的等效结构阻尼比,五种被动动力减振器的等效结构阻尼比,主动控制中主动调谐质量阻尼器的等效结构阻尼比,以及各种减振装置的最优等效结构阻尼比和优化设计参数。最后本文通过工程实例,验算了高层建筑和高耸结构风振控制的等效设计风荷载方法的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 风对高耸结构和高层建筑的作用
• 1.2 结构抗风设计要求
• 1.3 结构振动控制研究现状
• 1.3.1 结构振动控制
• 1.3.2 被动控制
• 1.3.3 主动控制
• 1.3.4 混合控制
• 1.3.5 半主动控制
• 1.4 本文研究背景和主要内容
• 1.4.1 本文研究背景
• 1.4.2 本文主要工作
• 第二章 被动控制中粘弹性阻尼器的等效结构阻尼比
• 2.1 粘弹性阻尼器的构造和耗能原理
• 2.2 粘弹性阻尼器的等效结构阻尼比计算方法
• 2.2.1 复刚度法
• 2.2.2 非正交阻尼强解祸振型分解法
• 2.2.3 模态应变能法
• 2.2.4 《抗震设计规范》方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 被动控制中动力减振器的等效结构阻尼比
• 3.1 五种被动动力减振器等效结构阻尼比
• 3.1.1 结构风振控制的统一方程
• 3.1.2 结构不受控广义坐标反应
• 3.1.3 动力减振器的等效结构阻尼比
• 3.1.4 被动动力减振器最优参数的设计
• 3.2 本章小结
• 第四章 主动控制效果的等效结构阻尼比
• 4.1 主动控制效果的广义等效结构阻尼比
• 4.1.1 基本模型
• 4.1.2 驱动力求解
• 4.1.3 主动控制效果的广义等效结构阻尼比
• 4.2 主动控制中ATMD的等效结构阻尼比
• 4.2.1 结构—ATMD系统的运动方程和传递函数
• 4.2.2 结构不受控广义坐标反应
• 4.2.3 ATMD对结构风振控制效果的等效结构阻尼比
• 4.2.4 ATMD的最优等效结构阻尼比和最优增益系数
• 4.3 本章小结
• 第五章 风振控制的等效设计风荷载
• 5.1 《荷载规范》中的风荷载标准值
• 5.2 设置减振器的抗风设计方法
• 5.2.1 风振控制强度和刚度的抗风设计方法
• 5.2.2 风振控制舒适度的验算方法
• 5.3 本章小结
• 第六章 算例
• 6.1 计算实例概况
• 6.2 风振控制
• 6.2.1 TMD风振控制
• 6.2.2 ATMD控制
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表和完成的论文
• 致谢