考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的超高層建筑風(fēng)致振動研究.pdf

1、對于矩形超高層建筑，若不考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布，一般認(rèn)為建筑正面迎風(fēng)時風(fēng)致響應(yīng)最大，且以此進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于安全。正是基于上述考慮，建筑正面迎風(fēng)工況下的順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)方向的風(fēng)荷載和風(fēng)振響應(yīng)研究較多，而其他非正面迎風(fēng)工況下的建筑風(fēng)荷載和風(fēng)致響應(yīng)研究很少。但是對于其他復(fù)雜截面的超高層建筑，是否仍然符合這一情況，還需要進(jìn)行詳細(xì)的驗證。事實上，偏于安全的設(shè)計等同于偏保守的設(shè)計，是以大量人力、財力和物力為代價的。對于造價昂貴的超高層建筑，這種代

2、價是非?？捎^的。顯然考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布下的全風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)分析是更為合理，更為精細(xì)的分析設(shè)計方法，是解決上述矛盾的有效手段之一。而且日益完善的風(fēng)速風(fēng)向觀測技術(shù)和逐步積累的觀測資料，則為全風(fēng)向風(fēng)振分析提供了可靠的基礎(chǔ)。
　　 本文以重慶農(nóng)村商業(yè)銀行大廈實際工程為例，通過風(fēng)洞試驗系統(tǒng)的研究了超高層建筑在典型風(fēng)向角下的風(fēng)荷載；然后基于概率論的乘法定理，推導(dǎo)了風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布模型；再結(jié)合風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)，建立了重慶地區(qū)風(fēng)速風(fēng)向的連續(xù)型聯(lián)合概

3、率密度模型，同時給出了基于重現(xiàn)期的考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的各風(fēng)向基本風(fēng)速；最后結(jié)合風(fēng)振響應(yīng)和各風(fēng)向基本風(fēng)速，提出了可供設(shè)計參考的各響應(yīng)基本風(fēng)速風(fēng)向因子?；诖?，本文主要開展了以下幾個方面的工作：
　　 ①通過超高層建筑的剛性模型風(fēng)洞試驗，研究了在典型風(fēng)向角下角部凹角方形截面超高層建筑的表面風(fēng)壓幅值特性、頻域特性以及相關(guān)性。與一般規(guī)則方形截面超高層建筑相比，在正面迎風(fēng)時，此類截面超高層建筑的力系數(shù)平均值要小。
　　 ②在剛性

4、模型風(fēng)洞試驗基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了此截面超高層建筑在典型風(fēng)向角下的層風(fēng)荷載幅值特征、頻域特征以及空間相關(guān)性。分析了風(fēng)力系數(shù)平均值、根方差、層風(fēng)力系數(shù)譜和豎向相關(guān)性隨風(fēng)向角的變化情況，建立了超高層建筑在各典型風(fēng)向角下的層風(fēng)荷載幅值模型、風(fēng)荷載譜模型和豎向相干函數(shù)模型。
　　 ③基于概率論的乘法定理，推導(dǎo)了風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布模型。結(jié)合重慶地區(qū)30年日極值風(fēng)速風(fēng)向樣本，建立了重慶地區(qū)風(fēng)速風(fēng)向的連續(xù)型聯(lián)合概率密度模型。其中，對風(fēng)速條件概率密度

5、模型采用多種典型概率分布模型進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)采用對數(shù)正態(tài)分布概率模型效果較好。對風(fēng)向變量的處理采用了修正的風(fēng)向概率直方圖，采用3參數(shù)Weibull分布和均勻分布疊加的混合概率密度模型進(jìn)行了擬合，經(jīng)檢驗混合概率密度模型能滿足概率相容原理。
　　 ④根據(jù)典型風(fēng)向角的風(fēng)荷載模型，用隨機振動分析方法，在頻域上求解了超高層建筑在典型風(fēng)向角下的位移響應(yīng)，并與時域計算結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了荷載模型的準(zhǔn)確性。超高層建筑在某些非0風(fēng)向角的響應(yīng)大

6、于正面迎風(fēng)工況下的響應(yīng)，驗證了此類截面超高層建筑按傳統(tǒng)設(shè)計方法僅考慮正面迎風(fēng)工況是不夠的。最后討論了建筑動力特性和風(fēng)場參數(shù)變化對響應(yīng)比的影響，其中建筑基階周期的影響較大。
　　 ⑤根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布模型計算了各風(fēng)向100年一遇基本風(fēng)速，結(jié)合超高層建筑典型風(fēng)向角的響應(yīng)比，分析了超高層建筑在不同朝向下各風(fēng)向的響應(yīng)風(fēng)向系數(shù)，并取最大的響應(yīng)風(fēng)向系數(shù)反向推導(dǎo)了此朝向下建筑按正面迎風(fēng)計算的等效基本風(fēng)速，由此得出了各響應(yīng)的基本風(fēng)速風(fēng)向因子。