超高层框架——核心筒结构动力特性测试研究及风致响应分析

摘要

结构的动力特性研究对于深入了解结构的受力性能是非常有效的手段，也是进行结构设计和性能评估的重要依据。在超高层建筑中建立结构振动反应观测系统是认识结构动力反应最直接的方法之一。在目前所做的此类研究中，对高层建筑尤其是超高层框架-核心筒结构的动力特性现场测试的例子并不多见。
　　 本文以南京紫峰大厦为研究对象，建立了光纤加速度传感器振动反应观测系统，在风和地震作用下可不间断的观测结构的振动，测得了安徽安庆4.8级地震波，借助MATLAB对振动测试数据进行消除趋势项和数字滤波处理，用韦尔奇方法对滤波后的数据进行频谱分析，识别了结构的自振周期、阻尼比和振型等动力特性相关参数，并应用有限元分析软件ANSYS建模，对模型进行模态分析和实测地震波作用的地震反应分析，计算结果与实测结果吻合良好。研究表明：大厦在0.15Hz～2Hz频段范围内的动力特性较为可信，大厦在地震反应里主要表现出低阶振型，地震在垂直方向上引起大厦的振动很小。在结构顶部还安装了风速仪，在有限元模型得到验证的基础上，进一步对该结构进行了风振响应计算分析，现场实测和有限元计算所得的结构顶部加速度峰值都与风荷载的峰值出现时间基本相符，风速越大，结构响应越明显。地震与风振响应分析均说明核心筒对于中底部侧向位移有很大的限制作用，较上部结构对侧向位移限制能力强。紫峰大厦在弱轴受风影响为主，另一方面在强轴受地震影响为主。设计计算与实测的结构动力特性较为接近，表明目前国内常用的结构设计计算软件和计算方法是合理的。