土-结构相互作用对高层建筑结构风振响应的影响

摘要

风荷载是影响高层建筑安全性及居住舒适性最重要的因素之一。目前高层建筑趋向高柔，对风荷载的敏感性也趋于增强，地基的柔性对高层建筑的风振响应究竟有何影响?为解决这个问题，本文通过对考虑地基为柔性与假定地基为刚性的高层建筑结构顺风向和横风向的风振响应做了系统的对比研究，这些对比研究包含了不同基础形式和高度的高层建筑，风振响应包含顶层侧移、最大层间位移、最大层剪力、最大层弯矩和顶层加速度这些风振响应控制指标，取得了有价值的成果。本文主要开展了以下研究内容： 首先考虑了动力风荷载的相关性，导出了考虑土—结构相互作用和假定地基刚性时结构上风力谱，推导了考虑土—结构相互作用的高层建筑顺风向和横风向的风振响应的求解方法与位移频响函数，从而得出结构各楼层的弹性位移和总位移的均方根求解公式。 对不考虑埋深的表面基础和埋置基础，通过对顺风向风振响应的分析，根据土的动剪应变与材料阻尼比的关系，得出这两类基础的高层建筑风振时地基土材料阻尼比一般不超过0.03的结论。地基土材料阻尼比在0～0.03范围内，每增加0.01，结构各风振响应指标下降约2％。 在顺风向结构风振响应分析，对表面基础、埋置基础和带承台的桩基础采用各自的阻抗函数，考虑了风振响应的主要影响因素：结构高度、地基土剪切波速、上部结构阻尼比，地基土材料阻尼比(对表面基础与埋置基础)，不同埋深(对埋置基础)变化时的影响，给出了考虑土—结构相互作用后顺风向风振响应增大的情况，从而了解何时需要考虑顺风向土—结构相互作用。 利用风洞试验得出的横风向荷载功率谱公式，导出考虑土—结构相互作用时横风向风荷载功率谱密度矩阵公式，从而使得机理复杂的横风向风振响应能考虑土—结构相互作用的影响。通过数值分析，给出了考虑土—结构相互作用后横风向风振响应增大的情况，从而得知何时需要考虑横风向土—结构相互作用。 研究也得出，土—结构相互作用对风振的不同响应影响是不同的，应当区别对待。

目录

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2高层建筑风振响应分析方法

1.3土—结构相互作用的研究历程与现状

1.4地基土的材料阻尼比的研究方法

1.5考虑土—结构相互作用的风振响应的研究概况

1.6本文主要研究工作与论文结构

第2章考虑土—结构相互作用的高层建筑风振分析方法

2.1引言

2.2地基基础的分析模型

2.3上部结构的分析模型

2.4刚性地基高层建筑结构风振响应运动方程

2.5考虑土—结构相互作用高层建筑结构风振响应运动方程

2.6本章小结

第3章高层建筑顺风向风振地基土材料阻尼比的研究

3.1概述

3.2顺风向脉动风风力谱矩阵的确定

3.3表面基础高层建筑顺风向风振地基土材料阻尼比

3.4埋置基础高层建筑地基土土材料阻尼比分析

3.5本章小结

第4章考虑土—结构相互作用高层结构顺风向响应分析

4.1概述

4.2表面基础高层建筑结构风振响应分析

4.3埋置基础高层结构顺风向风振响应分析

4.4考虑桩—土—结构相互作用的高层顺风向风振响应分析

4.5脉动风速相关性对土—结构相互作用风振响应的影响

4.6本章小结

第5章考虑土—结构相互作用高层结构横风向响应分析

5.1概述

5.2横风向荷载谱的风洞试验确定

5.3考虑土-结构相互作用横风向风振响应计算方法

5.4算例及参数分析

5.5顺风向与横风向风振响应的比较

5.6本章小结

第6章总结

6.1论文总结

6.2进一步研究的方向和设想

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果