带伸臂桁架减振层高层结构抗风效果分析与对比

作     者：梁晓婷 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪梦甫;郦世平

授予年度：2017年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：高层结构 伸臂桁架 黏滞阻尼器 舒适度 风振性能 

摘      要：近年来,随着建设事业的发展,越来越多的高层建筑在全国各地兴建,风荷载作用引起这些高层建筑发生振动,当振动达到一定限值时,会使结构的安全性能和使用性能受到影响,由此可见,高层结构风振控制显得尤为重要。黏滞消能阻尼器在低频时具有不储存刚度,并且不改变结构刚度的特性,且其是速度相关性耗能装置,只需要微小的层间位移即可在阻尼器中产生很大的阻尼力,从而大量耗散振动能量。在伸臂桁架末端与外围框架柱间近似竖向布置黏滞阻尼器,具有在阻尼器两端放大层间位移的效果,其减振性能良好,但此类结构在工程应用及研究中还较少。本文建立某50层钢框架-混凝土核心筒三维空间结构模型,研究带伸臂桁架减振层的风振控制性能。具体内容如下:(1)采用用谐波叠加法模拟该建筑结构的脉动风场,得到各个楼层处的脉动风速时程和脉动风压时程,并将数值模拟得到的计算自功率谱与目标谱对比。结果表明模拟谱与目标谱吻合度高,进一步验证模拟结果的准确性。(2)利用MIDAS Gen有限元软件建立结构计算模型,通过时程分析得到该高层结构在模拟的三次脉动风荷载顺风向作用下的风振响应,并进行风振舒适度评价。结果表明,在未设置带伸臂桁架减振层时,结构X轴顺风向顶点最大加速度均值不满足我国规范、北美规范、ISO规范和日本规范所规定的舒适度限值。(3)对装设伸臂桁架减振层的结构进行顺风向脉动风作用下的时程分析,探讨了减振层数量与布设位置对该结构抗风性能的影响。结果表明:合理数量的减振层及其优化设置可有效改善高层结构舒适度以及抗风性能。(4)假定阻尼器的阻尼指数和总阻尼系数等参数不变,比较设置单道和多道带仲臂桁架减振层时,结构风振性能差异,可知布置多道带伸臂桁架减振层时,对结构的风振控制更加有利。(5)假定单个阻尼器的其他参数不变,改变阻尼器的总阻尼系数,发现带伸臂减振层高层结构阻尼器存在最优阻尼系数,总阻尼系数的取值在最优阻尼系数附近时,结构在抗风上更有利。当阻尼器近似竖向布置时,对三种不同形式伸臂桁架下结构抗风性能进行对比分析,发现不同形式伸臂桁架减振效果非常接近。