高层建筑风振问题的研究

论文摘要

随着建筑物高度的增加，风荷载对结构的作用特别是横向作用与扭转方向的作用变得越来越重要。目前在我国的《建筑结构荷载规范（GB5009-2001）》中只考虑了建筑物顺风向脉动风荷载与圆形截面横向风荷载的作用；在《高耸结构设计规范（GBJ135-90）》中也考虑了圆形截面塔桅结构横向风荷载的作用；在《高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-98》规定了顺风向与横风向最大风振加速度的计算方法，主要是用来验算钢结构高层建筑的舒适度，而对具体的横风向风荷载则没有做出规定；风振扭转的研究也不多见。但在结构的设计阶段需要准确地确定作用在结构上的全部风荷载及他们对结构的作用效应。为结构方案的选择与设计提供准确的依据。 本文研究工作的重点是作用在高层建筑结构上的横风向风荷载、结构在横向风荷载作用下的动力反应以及结构在顺风向风荷载及横向风荷载联合作用下的扭转方向动力反应。另外从湍流基本理论出发得出了作用在结构上横风向脉动风荷载谱密度函数的解析公式。本文中主要的研究内容和创新性的成果如下： 1 根据顺风向Davenport脉动风速谱密度函数及日本建筑结构荷载规范给出的横风向脉动风压谱系数函数，分别模拟了顺风向脉动风压与横风向脉动风压时程，经过适当的滤波处理后，得出了谱特性与Davenport脉动风速谱与日本建筑结构规范中横风向风力谱相吻合的顺风向脉动风压时程与横风向脉动风压时程。 2 将高层建筑简化为一端固定，另一端自由的悬臂梁模型，根据模拟得出的顺风向与横风向脉动风压时程求出了建筑结构的顺风向风振动力反应时程、横风向风振动力反应时程及扭转动力反应时程。对于结构风振控制计算来说，有些阻尼器模型随着振动时间的延长，应考虑由于阻尼器温度升高而使风致振动可能表现为非平稳的过程，而时程分析可以反映出非平稳过程的特点。结果表明：建筑结构的横风向风振与扭转振动也主要表现为共振振动，这与顺风向风振研究中得出的结论是一致的。横风向风振的时程分析结果与日本规范公式（谱分析法）的计算结果相吻合。而扭转振动的时程分析结果也与本文提出的谱分析结果相吻合。 3 在未考虑建筑物刚度偏心、质量偏心及平扭耦联振动的情况下导出了扭转风振动力反应的谱分析计算公式。将顺风向脉动风压谱密度函数与横风向脉动风压谱度函数作为输入函数，得出了结构扭转风振反应谱密度函数。在后续的研究工作中，若需考虑建筑物的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 风对建筑结构的作用
• 1.3 结构抗风设计要求
• 1.4 高层建筑与高耸结构横风向风荷载与风振反应研究现状
• 1.5 本文的研究工作内容和创新点
• 参考文献
• 第二章 脉动风压谱密度函数及其时程模拟
• 2.1 引言
• 2.2 顺风向脉动风压谱密度函数
• 2.3 横风向脉动风荷载作用及其谱密度函数
• 2.4 脉动风压相干函数coh（r，ω）
• 2.5 脉动风压随机过程的模拟
• 2.5.1 顺风向脉动风压时程的模拟
• 2.5.2 横风向脉动风压时程的模拟
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 第三章 高层建筑弯曲型振动风振反应的分析计算
• 3.1 引言
• 3.2 弯曲振动微分方程及广义坐标
• 3.3 用振型分解法化简微分方程
• 3.3.1 谱分析法
• 3.3.2 时程分析法
• 3.4 实例分析计算
• 3.5 本章小结
• 参考文献:
• 第四章 高层建筑结构扭转风振反应的分析计算
• 4.1 引言
• 4.2 高层建筑风振扭转振动力反应运动方程
• 4.3 谱分析解法
• 4.3.1 谱分析公式
• 4.3.2 实例计算与分析
• 4.3.3 计算结果分析讨论
• 4.4 时程分析法
• 4.4.1 时程分析公式
• 4.4.2 实例计算
• 4.4.3 计算结果分析讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献:
• 第五章 湍流横向脉动风压谱密度函数
• 5.1 引言
• 5.2 基本方程及边界条件
• 5.3 基本方程的求解
• 5.4 脉动风压谱密度函数
• 5.5 脉动风速时间相关函数与空间相关函数
• 5.6 横向脉动风压谱密度函数计算及结果分析
• 5.7 本章小结
• 参考文献:
• 第六章 湍流脉动压力作用下横风向动力反应
• 6.1 引言
• 6.2 湍流横向脉动风压对建筑结构的作用
• 6.3 实例分析计算
• 6.4 计算结果分析讨论
• 6.5 本章小结
• 参考文献:
• 第七章 高层建筑风振计算方法在结构设计中的实际应用
• 7.1 引言
• 7.2 高层建筑结构等效静力风荷载
• 7.3 高层建筑结构风荷载效应的计算
• 7.3.1 高层钢筋混凝土结构风致内力的计算
• 7.3.2 高层钢结构风荷载效应的计算
• 7.4 风振动力效应值的组合
• 7.5 结构抗风设计及验算
• 7.6 实例分析计算
• 7.7 本章小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 附录 计算程序
• 在攻读博士学位期间发表及完成的论文和报告
• 作者简介
• 致谢