风荷载作用下建筑结构动力响应研究

摘要

随着经济发展，城市化进程的加快，越来越多的高层建筑涌现，并且正朝着大长化和轻柔化的趋势发展，而在结构设计中被我们忽视的风荷载作用给高层建筑带来的问题变得尤为突出，甚至有时风荷载在复杂的荷载效应组合中起决定性作用。风荷载具有的随机特征和动力特征决定了其引起的结构响应异常复杂，在结构设计中单纯的简化计算难以反映实际工程真正的受风状态。因此，为了满足建筑物安全性、适用性、舒适性的要求，深化抗风设计理念，开展对风荷载作用下建筑结构动力响应的研究工作具有重要的意义。
　　本文通过模拟空间风场，结合工程实例，对剪力墙结构与框架-核心筒结构进行了风振响应分析，主要研究内容如下:
　　(1)分析了风荷载作用下的剪力墙结构与框架核心筒结构简化模型的变形特点，结合工程实例建立了有限元模型，并施加了动力风荷载进行分析。通过得到的位移响应验证了理论分析的正确性。
　　(2)结合工程所在地基本风压统计数据，采用线性滤波法实现了对现实状态中脉动风场的模拟，获得了风荷载时程曲线。通过对时间、频率等参数的反复调整，使模拟结果达到了预期的精度要求。
　　(3)基于平面尺寸、建筑立面、荷载工况等因素都相同的条件，对结构选型为剪力墙结构的建筑与选型为框架-核心筒结构的建筑作了风振动力响应时域分析。从位移变化、速度变化、内力变化等方面综合分析认为框架-核心筒结构选型的建筑在动力风荷载作用下更稳定。
　　(4)基于原框架-核心筒建筑模型，分别调整了框架与核心筒的抗侧刚度，进行了风振响应对比分析。研究表明在此类结构中，框架部分刚度的增加会对控制侧移有更大的作用，但过分强调增加刚度会引起风振加速度与构件应力的增大，会降低舒适度，也增大了结构破坏的风险。
　　(5)基于原剪力墙建筑模型，调整了剪力墙布置位置，进行了风振响应对比分析。研究表明在此类结构中剪力墙边缘布置会提升结构的整体刚度，对控制侧移有利，但不利于控制风振加速度和底部应力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 高层建筑结构发展现状

1．2．1 高层建筑结构发展概况

1．2．2 高层建筑结构设计控制要素

1．2．3 高层建筑结构发展的展望

1．3 高层建筑结构风振响应国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 风工程及高层建筑风振响应研究方法

1．4．1 结构风工程研究方法

1．4．2 高层建筑风振响应研究方法

1．5 本文的研究工作

第2章 风荷载与结构风振响应

2．1 引言

2．2 平均风荷载特性

2．2．1 平均风速剖面

2．2．2 基本风速与基本风压

2．2．3 荷载规范计算方法

2．3 顺风向脉动风荷载特性

2．3．1 顺风向脉动风速功率谱

2．3．2 顺风向风压计算

2．3．3 脉动风的空间相关性

2．4 高层结构顺风向平均风响应

2．5 高层结构顺风向脉动风响应

2．6 位移响应根方差

2．7 总风致响应

2．8 我国规范等效风荷载计算方法

2．9 本章小结

第3章 剪力墙结构和框架-核心筒结构的理论分析

3．1 引言

3．2 剪力墙结构体系性能分析

3．2．1 纯剪力墙结构体系简化模型及变性特征

3．3 框架-核心筒结构体系性能分析

3．3．1 框架-核心筒结构计算简化模型

3．3．2 框架-核心筒结构侧移变形特征

3．3．3 框架-核心筒结构抗风计算原理

3．4 有限单元法应用

3．4．1 有限单元法基本原理

3．4．2 有限元软件介绍

3．5 工程概况

3．5．1 剪力墙结构有限元模型

3．5．2 框架-核心筒结构有限元模型

3．6 本章小结

第4章 时域分析法脉动风荷载的数值模拟

4．1 引言

4．2 脉动风荷载数值模拟方法

4．2．1 谐波叠加法

4．2．2 线性滤波法

4．3 工程实例风荷载模拟生成

4．3．1 风速模拟生成

4．3．2 风荷载模拟生成

4．4 本章小结

第5章 结构顺风向动力响应

5．1 引言

5．2 模态分析原理

5．3 非线性时程分析

5．3．1 结构顺风向风振位移响应

5．3．2 顺风向风振速度与加速度响应

5．3．3 层间剪力与弯矩响应分析

5．4 刚度变化对抗风性能影响

5．4．1 框架-核心筒体系风振响应分析

5．4．2 剪力墙体系风振响应分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

个人简介