高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型设计

为了提高高层建筑壁板结构的抗震性,需设计高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型。应用软件:通过Revit塑造高层建筑模型和结构模型,结合SAP2000建模性能塑造高层建筑结构的有限元实体模型,实现高层建筑模型的转换,设计BIM模型的IFOD软件总体结构,实现BIM模型的智能化管理。参数:在BIM模型的基础上,分析了连续振动下高层建筑壁板结构风致响应,给出高层建筑壁板结构的平均风响应、脉动风响应,得出高层建筑壁板结构位移,实现了高层建筑在连续振动下的壁板结构稳定性分析。实验:实验结果说明,所设计BIM模型可对连续振动下的高层建筑加速度时程以及位移时程进行准确分析,且相比传统方法,本文方法对高层建筑在连续振动下的壁板结构是否失稳判断结果比较准确。     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析

传统的静力弹塑性分析方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应过程模拟时,存在计算结果不准确、计算用时较长的问题。提出新的强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析方法,其基于直接积分法的三种方法实施模拟分析。分别是隐式方法、显式方法以及KK模型方法。其中隐式方法和显式方法均能够对不同自由度下的高层建筑的横向晃动位移作出准确的计算,KK模型通过高层建筑Von Mises屈服面,分析高层建筑钢材Bauschinger反应基础上,精确模拟出高层建筑在横向晃动反应中的变形过程。实验结果说明,所提方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应的运算准确率和效率较高。     

超高层建筑周围风场特性实测研究

为探究超高层建筑周围风场特性,以天津高银117大厦为例,通过DZZ2型采集系统进行现场实测,对该大厦周围的平均风速、脉动风速、湍流强度、湍流积分尺度、Von Karman谱等风场特性进行分析。结果表明:顺风向及横风向脉动风速变化规律不服从标准高斯分布;顺风向及横风向湍流强度与平均风速呈负相关,且其变化程度与平均风速范围有关;顺风向及横风向湍流积分尺度均随平均风速的增加而增大;Von Karman谱对低频范围内超高层周围风场特性描述较为准确。     

Application of artificial neural networks in optimal tuning of tuned mass dampers implemented in high-rise buildings subjected to wind load

High-rise buildings are usually considered as flexible structures with low inherent damping. Therefore, these kinds of buildings are susceptible to wind-induced vibration. Tuned Mass Damper (TMD) can be used as an effective device to mitigate excessive vibrations. In this study, Artificial Neural Networks is used to find optimal mechanical properties of TMD for high-rise buildings subjected to wind load. The patterns obtained from structural analysis of different multi degree of freedom (MDF) systems are used for training neural networks. In order to obtain these patterns, structural models of some systems with 10 to 80 degrees-of-freedoms are built in MATLAB/SIMULINK program. Finally, the optimal properties of TMD are determined based on the objective of maximum displacement response reduction. The Auto-Regressive model is used to simulate the wind load. In this way, the uncertainties related to wind loading can be taken into account in neural network’s outputs. After training the neural network, it becomes possible to set the frequency and TMD mass ratio as inputs and get the optimal TMD frequency and damping ratio as outputs. As a case study, a benchmark 76-story office building is considered and the presented procedure is used to obtain optimal characteristics of the TMD for the building.     

地震和风耦合作用下上海中心大厦结构易损性研究

随着城市人口的增加,越来越多的超高层建筑在中国各大城市涌现,在其全寿命周期内不可避免的会遭受风甚至地震等多灾害的作用。以上海中心大厦为分析模型,根据其场地条件,采用Benowitez在2015年提出的1种基于随机波的模型方法模拟不同高度处具有空间相关性的脉动风荷载时程。通过对Perform 3D有限元软件建立的上海中心大厦模型进行非线性动力时程分析,研究地震和风耦合作用下对于结构性能的影响,并基于多灾害需求生成结构在地震和风耦合作用下的易损性曲面来研究结构的抗振可靠度。结果表明:结构的响应和易损性随着风速和PGA的增大而显著增大;随着风速的增大结构的响应和易损性均有增大的趋势,但随着地震动的增大,风荷载对结构响应和易损性影响逐步减小。     

汶川地震近断层地震动作用下 结构地震响应特征分析

研究了具有不同自振特性的建筑结构在近断层速度脉冲型及非速度脉冲型地震动作用下的结构层间变形分布,揭示了近断层速度脉冲对工程结构地震响应的特殊影响. 从汶川M_S8.0地震近断层强震记录中选取两组典型速度脉冲型记录和非脉冲型记录, 根据确定的目标地震动强度水平,利用时域叠加小波函数法对选择的强震记录进行调整, 使之与目标地震动水平对应的加速度反应谱保持一致, 以此作为结构地震反应分析的地震动输入. 选取具有不同自振特征的3层、11层和20层典型钢筋混凝土框架结构, 建立有限元分析模型, 分别计算在速度脉冲型与非速度脉冲型记录作用下这些结构层间变形分布. 研究表明,速度脉冲型记录与非速度脉冲型记录作用下结构层间变形有明显差异, 且与结构自振特征有关.就低层结构的层间变形而言, 非速度脉冲型记录的影响较速度脉冲型记录的影响大. 随着结构自振周期的增加, 高阶振型的影响更加明显. 与非速度脉冲型记录相比,速度脉冲型记录的结构层间位移反应中值及离散程度较大. 速度脉冲型记录更容易激发高层结构的高阶振型, 产生较大的层间位移反应. 非速度脉冲型记录对中低层结构层间变形影响较大.因此, 在开展近断层结构地震影响评价时, 应考虑近断层速度脉冲的影响.      

A spectral-velocity-based combination-type earthquake intensity measure for super high-rise buildings

A spectral-velocity-based combination-type ground motion intensity measure (IM), which is inspired by the superior sensitivity of spectral velocity to structural response compared with other two spectral quantities, is proposed for super high-rise building structures with the consideration of the characteristics of ground motions and structures themselves. Two super high-rise buildings with typical frame/core-tube/outrigger lateral resisting system and a wide range of structural height (H = 258 m~660 m) are deliberately selected to identify the correlation between the maximum inter-story drift ratio and nineteen IMs developed in recent decade together with the proposed IM, with sixty chosen far-field and near-field pulse-like ground motions. With the suggested optimal number of lower vibration modes and corresponding combination factors, the efficiency, sufficiency and the scaling robustness of the proposed IM is further demonstrated. In addition, the relative sufficiency measures of other IMs with respect to the proposed IM are investigated. The results from the study indicate that, the proposed IM is believed, from the standpoint of efficiency, sufficiency, relative sufficiency measure and scaling robustness, to be a more specialized and desirable tool for super high-rise buildings, either for far-field or near-field ground motions.     

上海市环球金融中心结构地震反应台阵

"十五"期间,中国地震局在上海市环球金融中心建立我国第一个超高层结构地震反应专用台阵,随后上海市地震局对其进行升级改造。本文详细介绍环球金融中心超高层建筑结构地震反应台阵的测点布设,改造后台阵观测系统技术组成、远程通信方式、台网中心数据处理系统以及获得的强震记录。本台阵建设可以为高层建筑的抗震抗风研究提供数据支撑,为今后结构台阵建设积累宝贵经验。     

应用5种被动动力减振器时高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制优化设计的统一公式

目的是建立5种被动的动力减振器对长宽比较大的高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制优化设计的统一方法。文中,在建立了5种被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制统一的方程的基础上,导出了被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应控制效果最优等效阻尼比和被动动力减振器最优设计参数的基本公式。通过工程实例的计算与分析,本文比较了5种被动动力减振器对高层建筑侧移-扭转脉动风振反应的控制效果,讨论了动力减振器在楼层上设置位置对动力减振器最优设计参数和控制效果的影响,得到了2个有工程价值的重要结论。     

用主动调频质量阻尼器控制高层建筑的风致振动

本文提出了用于高层建筑风振动控制的主动调频质量阻尼器（ＡＴＭＤ）设计的一种简单方法。从ＴＭＤ的工作原理出发,在物理意义上显式定义主动控制力的构成,基于结构的ＳＤＯＦ模型和广义脉动风力的高斯白噪声假定,在频域的以最小化结构顶层位移方差为设计目标,对控制力增益进行参数优化,得出控制力增益的封闭解,文中提出了以维持ＴＭＤ行程恒定为目标进行参数选择的设计方案,一超高层建筑作为算例给出,数值分析表明,所设计     

压电材料智能摩擦阻尼器对高耸钢塔结构风振反应的半主动控制

压电材料是一种新型智能材料。本文将压电材料和被动摩擦阻尼器相结合设计出一种新型智能摩擦阻尼器,并采用基于经典最优控制理论的半主动控制策略对高耸钢塔结构风振反应的控制进行了研究,对国内即将兴建的第一高钢电视塔──合肥翡翠电视塔进行了算例分析。为满足摩擦阻尼器对高耸钢塔结构风振控制的特殊需要、文中还建立了房耸钢塔结构的空间桁架有限元模型和串联多自由度体系模型,并在形成广义控制力作用位置矩阵和计算摩擦阻尼器两端的相对位移的过程中综合地运用了这两种力学模型。本文研究表明,压电材料智能摩擦阻尼器可以有效地抑制高耸钢塔结构的风振反应。     

广州新光大桥良态及台风气候抖振试验研究

采用Monte-Carlo台风随机模拟算法模拟台风风场特性并根据风荷载规范良态气候风环境参数建议的取值,在大气边界层风洞中利用被动紊流发生装置再现了广州新光大桥桥位处良态和台风两类气候模式风环境特征,详细比较了两类风环境新光大桥施工和运营状态、设计风速等因素对于新光大桥跨中主梁、主拱肋和施工塔架风致抖振响应的差异,初步解释了抖振响应差别的主要原因。     

大跨度球面网壳结构的风振系数研究

大跨度球面网壳结构应用日趋广泛,其结构特点使风荷载常常起主要甚至是控制作用,风振动力响应研究日益受到关注与重视。本文讨论了网壳结构风振响应时程分析计算方法,并采用节点位移风振系数来衡量网壳结构风振特性。对角锥型双层球面网壳结构进行了不同几何参数即跨度、矢高、球壳厚度等多种情况下的位移风振系数的研究,得出该类网壳的风振系数随几何参数的变化规律,并回归出计算公式,为双层球面网壳结构的抗风设计提供参考。     

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。     

昆明高(超高)层建筑环境振动特性实测与统计分析

对昆明16栋典型钢筋混凝土高层建筑物的振动特征(包括建筑物的固有频率、振型和阻尼比)进行观测与分析,对地震响应数值模拟研究,获取实测高层建筑物第一至第三振型及结构,计算第一至第二振型自振周期结果,采用数学线性回归方法,模拟得到昆明高(超高)层建筑结构实测第一至三振型和计算第一至第二振型周期公式,为类似建筑结构的设计提供经验和依据。     

Non-linear buffeting response analysis of long-span suspension bridges with central buckle

The rigid central buckle employed in the Runyang Suspension Bridge (RSB) was the first time it was used in a suspension bridge in China. By using a spectral representation method and FFT technique combined with measured data,a 3D fluctuating wind field considering the tower wind effect is simulated. A novel FE model for buffeting analysis is then presented,in which a specific user-defined Matrix27 element in ANSYS is employed to simulate the aeroelastic forces and its stiffness or damping matrices are parameterized by wind velocity and vibration frequency. A nonlinear time history analysis is carried out to study the influence of the rigid central buckle on the wind-induced buffeting response of a long-span suspension bridge. The results can be used as a reference for wind resistance design of long-span suspension bridges with a rigid central buckle in the future.     

Response of tall buildings to weak long distance earthquakes

In the last decade, two tall buildings in Singapore were instrumented with accelerometers and anemometers for the original purpose of identifying the characteristics and effects of wind loading. During the monitoring it became clear that the largest acceleration responses should result from ground motions due to earthquakes having magnitudes between 6 and 8 and epicentres at least 350 km distant. The paper describes the strategy for identifying and capturing the signals from distant tremors, which depends on tracking the RMS response levels in the second vibration mode. Characteristics of some recorded signals are given. While response levels are generally small, the frequency content coincides with the range of fundamental mode frequencies for high rise residential buildings. The validity of using a tall building as a ‘weak‐motion’ seismograph is discussed by considering the mode shape of the building and the measured transfer function between basement and roof responses. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于AR模型模拟超高层建筑的脉动风速时程

风荷载是超高层建筑设计的主要荷载之一,而且通过风振时域分析可以更全面地了解超高层建筑风振响应特性,更直观地反映超高层建筑风致振动控制的有效性。因此,本文使用线性滤波法即白噪声滤波法(white noise filtration method,WNFM)中的自回归(auto-regressive,AR)模型模拟超高层建筑的风速时程。首先,考虑超高层建筑风速时程的时间和空间相关性,导出了四阶AR模型的参数表达式。接着,基于AR模型模拟了一幢高度为200 m超高层建筑的风速时程。最后,通过比较模拟风速功率谱、模拟自相关函数和互相关函数与目标风速功率谱、目标自相关函数和互相关函数的吻合程度,验证基于AR模型模拟超高层建筑风速时程的可行性。