温馨提示:
1. 部分包含数学公式或PPT动画的文件,查看预览时可能会显示错乱或异常,文件下载后无此问题,请放心下载。
2. 本文档由用户上传,版权归属用户,汇文网负责整理代发布。如果您对本文档版权有争议请及时联系客服。
3. 下载前请仔细阅读文档内容,确认文档内容符合您的需求后进行下载,若出现内容与标题不符可向本站投诉处理。
4. 下载文档时可能由于网络波动等原因无法下载或下载错误,付费完成后未能成功下载的用户请联系客服处理。
网站客服:3074922707
不同
结构
形式
高层建筑
响应
分析
欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟收稿日期:基金项目:年河北省高等学校科学技术研究项目();年张家口市重点研发计划项目();年河北省高等学校科学技术研究青年基金项目()作者简介:潘乐鹏(),男,在读硕士研究生,研究方向:岩土方向、工程结构方向。通讯作者:郁雯(),女,副教授,硕士生导师,主要研究方向为工程结构健康检测。犱 狅 犻:不同结构形式的高层建筑的风振响应分析潘乐鹏,张文祥,任淑萍,胡子良,郁雯,(河北建筑工程学院,河北 张家口 ;河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室,河北 张家口 )摘要:为了探究高层建筑的风振响应的问题,选用高层建筑中最常用的框架核心筒与剪力墙两种结构形式。在同样的条件下,运用 软件,进行两种结构的静力学分析、模态分析和风振响应分析。经过数值计算,得到两种结构的自振频率和变形特征;根据模态分析的结果,选用脉动风谱的 谱,得到两种结构的最大位移和最大加速度。经过对比,得出:框架核心筒结构的抗风性能要优于剪力墙结构。关键词:高层建筑;模态分析;风振响应;风速谱中图分类号:犜 犝 文献标识码:犃 引言现如今,城市用地随着人口的不断增多正变得越来越紧张,越来越多的建筑向着高层甚至超高层方向发展,像风这类的水平荷载对建筑的影响也越来越大目前,许多学者对高层建筑的风振响应问题进行了研究,风振响应是在脉动风作用下产生的,王修琼教授对脉动风谱中的 谱系数与地面粗糙度关系进行了研究,在计算高层建筑风振响应时,对风谱的使用进行了优化,提高了高层建筑中风振响应计算时数据的准确性;在进行风振响应计算时,大多数采用软件模拟的方法,像朱洁和刘润富首先利用 软件进行风速时程响应分析,然后通过 软件进行高层建筑的风振响应计算,得到建筑物顶端的加速度时程响应,并对建筑物的舒适度进行了研究,;王新锋利用 软件进行风振响应分析,并为高层建筑剪力墙的布置提供了一些建议这些研究,都体现出研究风对高层建筑的重要性为了比较框架核心筒与剪力墙这两种结构形式在受到风荷载作用下,表现出的不同振动响应情况,本文使用 软件,建立起这两种结构形式的有限元模型,借助王修琼教授对 谱的研究,分析出这两种结构形式在风荷载作用下的动力响应的不同 有限元模型 工程概况运用 软件进行有限元模型的建立,案例一为框架核心筒结构,如图所示,案例二为剪力墙结构,如图所示均采用总层数为 层,层高为,总高度为 ,长为 ,宽为 的模型采用钢筋混凝土作为工程中构件材料第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖 犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 图框架核心筒结构图剪力墙结构在进行模型建造时,选用合理的构件尺寸,两种模型的尺寸规格如下表所示表框筒结构构件截面尺寸表表剪力墙结构构件截面尺寸表构件尺寸混凝土强度主梁 次梁 柱 板 核心筒筒壁 构件尺寸混凝土强度连梁 剪力墙 板 将建立好的模型进行布尔运算,对模型中重叠构件进行合理划分框筒结构共有 个构件,剪力墙结构共有 个构件 材料属性表材料属性表密度 弹性模量 泊松比 本案例构件中采用的材料均为钢筋混凝土,在定义材料时,为计算方便,将钢筋与混凝土两种材料作为一种新材料插入到软件中,材料属性如表所示对于材料的拉压特性,将钢筋的抗拉强度作为新材料的抗拉屈服强度,强度为 ,混凝土的抗压强度作为新材料的抗压屈服强度,强度为 模态分析将楼面恒荷载和活荷载以均布力的形式施加到楼板上,底部采用固接方式通过 中的 平台,进行静力学分析,完成静力学分析后,进行结构的前八阶的模态响应分析,得到两种结构的各阶响应频率和变形情况现将前三阶的变形图和前六阶的振型情况列出,如下所示一阶振型二阶振型三阶振型一阶振型二阶振型三阶振型图框筒结构前三阶振型图图剪力墙结构前三阶振型图第期潘乐鹏 等不同结构形式的高层建筑的风振响应分析表框筒结构各阶振型表表剪力墙结构振型表阶数频率 振型状态最大变形 沿轴前后一阶摆动 沿轴左右一阶摆动 绕轴一阶扭转 沿轴前后二阶摆动 沿轴左右二阶摆动 绕轴二阶扭转 阶数频率 振型状态最大变形 沿轴前后一阶摆动 沿轴左右一阶摆动 绕轴一阶扭转 沿轴前后二阶摆动 沿轴左右二阶摆动 绕轴二阶扭转 通过模态分析结果,得到了两种结构形式的前阶的自振频率和振型特点根据表格,可以得出:在前三种模态响应中,前两种为不同方向上的平动,第三种为转动框筒结构的一阶自振周期为 ,剪力墙结构的一阶自振周期为 框筒结构最大变形为第一阶扭转振型,变形量为 ,剪力墙结构最大变形也为第一阶扭转振型,变形量为 ,两种结构形式模态的最大变形都不超过 响应分析 响应计算根据建筑结构荷载规范,本案例层高大于 ,并且第一阶自振周期大于 ,考虑脉动风对高层建筑振动的影响,风谱选用目前最具有代表性的 谱其表达式为犛狏(狀)犓 犞 狓狀(狓)()式中:狀为风的频率,犓为地面粗糙度系数,犞 为 高度处 内的平均风速,狓 狀犞 不考虑风速随高度变化的影响图风速谱密度曲线根据建筑结构荷载规范,地面粗糙度类别选择类,高度处平均风速取 根据文献取 可以得到风速功率谱密度函数,如右图所示将功率谱密度函数输入到 中,沿轴方向施加脉动风频率谱,进行动力响应 计算 结果分析计算完成后,选取模型中响应最大的节点,来反映风振响应的位移变化情况根据模态分析中测得的各阶频率,得到节点在该频率下的变化情况,左侧为框筒结构产生的位移,右侧为剪力墙结构产生的位移,如下表表节点部分频率下的位移频率 位移频率 位移 河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷通过风振响应的结果,框筒结构和剪力墙结构的最大的节点位移均位于顶层处,两种结构均在第一阶固有频率下达到最大位移,框筒结构最大位移为 ,剪力墙结构最大位移为 ,可以求得框筒结构的最大加速度为 ,剪力墙结构的最大加速度为 ,两种结构的位移量差距不大,根据其他频率下结构产生的位移,框筒结构受风作用产生的位移量小于剪力墙结构产生的位移,说明框筒结构形式的抗风性能略好于剪力墙结构的抗风性能 结论根据基于 软件风荷载作用下不同结构形式的风振响应的模拟,得到以下结论:()求得两种结构形式的自振频率和变形情况,并均在第一阶扭转振型下产生最大变形,框筒结构的最大变形小于剪力墙结构()两种结构形式在风荷载作用下时,风振响应的最大位移和最大加速度均在第一阶频率时产生()通过两种结构的最大位移和加速度比较,框筒结构形式的抗风性能优于剪力墙结构的抗风性能参考文献 王修琼 谱中系数的计算公式及其工程应用同济大学学报,():朱洁基于刚性模型风洞试验的高层建筑舒适度研究重庆;重庆大学 刘润富超高层建筑风致振动及舒适度研究成都;西南交通大学 王新锋高层建筑风荷载作用下的动力响应分析成都;西南石油大学 赵建隽风荷载作用下建筑结构动力响应研究邯郸;河北工程大学 严亚林超高层建筑横风向风振响应计算的响应谱法土木工程学报,:闫渤文城市中心高层双塔建筑风效应及风振响应数值模拟研究振动与冲击,():,建筑结构荷载规范北京;中国建筑工业出版社,罗江雪基于 的某弹射架风振分析航空计算技术,():王腾飞门式起重机的风致振动分析及风振控制研究太原;中北大学 犠 犻 狀 犱 犻 狀 犱 狌 犮 犲 犱犞 犻 犫 狉 犪 狋 犻 狅 狀犚 犲 狊 狆 狅 狀 狊 犲犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳犎 犻 犵 犺 狉 犻 狊 犲犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵 狊狑 犻 狋 犺犇 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犪 犾犉 狅 狉 犿 狊犘 犃 犖犔 犲 狆 犲 狀 犵,犣 犎 犃 犖 犌 犠 犲 狀 狓 犻 犪 狀 犵,犚 犈 犖犛 犺 狌 狆 犻 狀 犵,犎 犝犣 犻 犾 犻 犪 狀 犵,犢 犝 犠 犲 狀,(,;,)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;第期潘乐鹏 等不同结构形式的高层建筑的风振响应分析