矩形截面高层建筑三维耦合风振响应的实验研究

摘要

目前对高层建筑的扭转风振响应的研究相比对顺风向和横风向风振响应的研究较少,绝大多数的高层建筑荷载规范忽略了扭转风荷载作用.实际上,由于结构设计的不对称导致的结构刚度中心与质量中心的偏离使得高层建筑扭转风振响应与顺风向、横风向相互耦合.而且建筑物边缘位置的扭转响应尤为显著.本文考虑了实际建筑的扭转向动力特性及扭转响应，改进二维摆式气弹模型振动装置，完成了矩形截面三维（顺风、横风、扭转向）气弹模型试验。研究结果表明：偏心率20%的矩形偏心结构不能忽略弯扭振型的耦合，特别是扭转向的气弹效应；偏心能增大扭转响应，均方根扭转角响应随偏心位置不同而不同，从大到小的排列情况依次为：刚心偏向背风面、刚心偏向迎风面和刚心在横风向偏离；偏心对横风向响应的影响：刚心偏向背风面，横风向响应增大，偏向迎风面，横风向响应减小。刚心在横风向的偏离使横风向的响应减小；偏心及偏心位置对均方根升力系数和均方根扭矩系数的影响规律与对相应方向的响应的影响规律相同；气弹模型的扭矩谱密度曲线不同于刚性模型的双峰、宽频带扭矩谱。气弹模型的扭矩谱有两个峰，谱峰对应的频率分别为横风向振动频率和扭转向频率，及它们的倍数频率；当风速较小时，横风向振动频率占主要频率成分，当发生大幅度扭转振动时，扭转向频率占主要频率成分。