超限剪力墙高层结构在风荷载作用下的结构响应研究

摘要

风荷载是建筑物的主要动荷载之一，随着科学技术的发展，高层建筑的高度不断增加，风荷载变得越来越重要，尤其对于风敏感的复杂高层建筑结构，风荷载引起的效应在总荷载效应中占有相当大的比重，甚至起决定性作用。合理的进行结构抗风设计，是保证结构安全的重要因素，特别是超限高层建筑，由于它们的结构设计计算已经超出了《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2000的要求。因此，在设计时应进行专门的研究。 本文首先就风的基本特性进行了必要的阐述，其次详尽的叙述了结构上的脉动风荷载的基本原理。包括脉动风的特性、结构顺风向的风振响应、结构横风向的风振响应和高层建筑结构加速度的计算方法。然后介绍了有限元的发展与应用，并对有限元软件SAP2000进行了说明。本文以武汉世茂锦绣长江超限高层钢筋混凝土剪力墙结构为研究对象，根据我国规范和风振分析的基本原理，利用SAP2000结构分析软件，建立该结构的有限元分析模型，分析了结构的动力特性以及结构在设计风荷载作用下的反应，并根据随机振动理论分析结构的风振响应。对结构在不同风荷载下顺风向、横风向以及扭转的风振响应进行计算分析。 计算结果表明，结构在设计风压下，结构顺风向风振内力大于结构横风向风振内力；结构扭转风振产生扭矩为10516. 78 kN·m，不可忽略，在结构设计时须考虑横风向和扭转风振影响并采取相应的防护措施。本文还参考有关人体舒适度限值标准《高层民用建筑钢结构技术规程》中关于人体舒适度验算的计算模型，计算了结构顺风向和横风向加速度响应，并对该高层建筑结构的舒适度进行了验算。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2高层建筑结构的发展概况

1.2.1高层建筑发展的概况

1.2.2高层建筑的发展趋势

1.3风与结构风工程

1.3.1风对建筑结构的作用及结构抗风设计要求

1.3.2高层建筑结构风工程研究现状

1.3高层建筑风荷载研究存在的问题

1.4本文的研究背景意义及所作主要工作

第2章风压与结构风荷载

2.1风速与风压的关系

2.2基本风速与基本风压

2.3非标准情况下风速或风压的换算

2.4建筑结构的风荷载

2.5本章小结

第3章结构上的脉动风荷载

3.1脉动风的特性

3.1.1脉动风的概率分布

3.1.2脉动风速功率谱函数

3.1.3脉动风压功率谱函数

3.1.4紊流度和脉动系数

3.1.5脉动风的空间相关性

3.2结构顺风向的风振响应

3.2.1振动方程

3.2.2位移响应根方差

3.2.3设计动位移和风振因子

3.2.4风振动力计算

3.2.5我国现行规范中风振系数的计算方法

3.2.6模念分析原理

3.3结构横风向的风振响应

3.3.1横风向风振类型机理

3.3.2横风向风振位移

3.3.3横风向振动及其动力风荷载

3.3.4扭转风向振动及其动力风荷载

3.4高层建筑结构加速度响应计算方法

3.4.1顺风向最大加速度计算方法

3.4.2横风向最大加速度计算方法

3.4.3顺风向和横风向最大加速的叠加

3.5本章小节

第4章结构SAP2000有限元模型的建立

4.1有限元技术的发展及应用现状

4.2工程结构设计

4.3建立结构有限元模型

4.3.1 SAP2000简介

4.3.2 SAP2000模型的建立

4.4本章小节

第5章结构风荷载作用下的有限元分析

5.1风荷载作用下结构位移内力分析

5.2结构模态分析

5.3结构顺风向风振计算

5.3.1风振位移分析

5.3.2风振内力分析

5.4结构横风向和扭转风振计算及舒适度验算

5.4.1结构横风向风振和扭转风振计算

5.4.2结构舒适度验算

5.5本章小节

第六章结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2今后工作展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的学术论文