强扭转长悬臂高层建筑风振控制研究

In recent years, our country and many other countries have built some special shaped high-rise buildings, these buildings are large and eccentric torsion, some of which exists long cantilever. The design of the buildings have transcended the specification requirements, and the researches of seismic and wind resistance of such buildings are very few. It is necessary to study the wind-induced response and wind resistance measures for such constructions. This project is to solve the wind resistance problems of high-rise buildings with strong torsion of long cantilever, to solve this problem can fill the blank of the norms of our country's special shaped structure and provide new seismic and wind resistance measures for structure design. The research content of the project : the theory research of wind resistance response and equivalent wind load calculation of the structure with strong torsion and long cantilever; the rigid model determination of strong torsion structure and the wind tunnel tests of the gas elastic model; the torsion vibration research of rooftop swimming pool, annular damper and torsion cylinder. The innovation points: research and develop of torsion cylinder, to control the wind-induced torsion vibration; the wind resistance hybrid control of rooftop swimming pool、 annular damper and torsion cylinder; using traditional reinforcement and quality pump to control of wind vibration of the structure with long cantilever.

近些年来，我国乃至全世界许多国家建造了一些特殊异型高层建筑，这些建筑超高、大偏心扭转，有的存在长悬臂。这些建筑的设计已经超越了规范的要求，而且，国内外对此类建筑的抗震抗风研究极少。所以有必要对此类建筑的风致响应及抗风措施进行研究。本项目就是解决强扭转长悬臂高层建筑的抗风难题，此难题的解决，可填补我国特殊异型结构的规范空白，为结构设计提供新的抗震抗风措施。本项目研究内容为：强扭转长悬臂结构抗风响应及等效风荷载的计算理论研究，强扭转结构刚性模型测定及气弹性模型风洞试验，屋顶游泳池、环形阻尼器及抗扭筒的抗扭转减振研究。创新点为：研发抗扭筒，以控制结构风致扭转振动；屋顶游泳池、环形阻尼器及抗扭筒作抗风混合控制；对长悬臂结构利用传统加固及质量泵控制风振。

随着世界经济的起飞和城市化进程的加速，高层建筑在全国各地大量兴建，有的刚度突变，有的屋顶及其它位置有大悬臂，有的在屋顶或屋间设置绿色景观，有的设有建筑内游泳池，从而形成大偏心扭转或刚度突变的高层建筑，这些建筑大多超过了规范的要求。针对这些问题，有必要结合现有设计规范及环境因素，重点解决强扭转及长悬臂高层建筑的抗风及抗震难题。.本项目以超限高层强扭转及长悬臂结构的风致振动控制为研究内容，通过风洞试验研究该结构的风致振动响应，并采用多种振动控制措施对该结构的平动和扭转振动进行控制，以保证其安全性和舒适性。主要取得如下创新性成果：.（1）扭转刚度的计算不仅仅需要考虑柱的抗扭刚度，还需要考虑构件的抗扭刚度；为了减小扭转对结构的影响，在不能减小偏心距的情况下，就尽量让每个楼层的偏心情况从下到上均匀变化，这样对抗扭是有利的。.（2）运用精确实空间解耦方法分析带TMD的隔震结构，结果表明，精确实空间解耦法较为精确。非经典结构体系的位移响应表达式中还包含有标准振子的速度响应组合项；该方法具有普遍性，适用于一般非对称质量、刚度和非对称非经典阻尼结构响应的精确实空间解析分析。.（3）由风洞试验所得出的数据知：本文选取的不规则结构由于刚度差异大，横风向响应较大；气弹模型试验结果显示各风向角下结构响应有较大差异；8个风向角下响应有所差别，其中270°风向角下结构加速度和扭转响应皆为最大，确定此风向角为结构最不利风向角；最不利风向角下结构的合加速度幅值响应超出舒适度限值，应进行控制；结构第6层有刚度突变，且立面体型突变，时程分析可知此处层间扭转角过大，宜进行风致扭转控制。.（4）对结构楼层位移和扭转角过大的位置采用抗扭筒加以控制，分别对结构进行有控工况下的风荷载作用时程分析，与无控工况下的结构动力响应进行对比，表明抗扭筒对高层建筑动力响应控制效果明显。.（5）对结构安装环形TLCD和鼓形TLCD前后的扭转响应进行了对比分析发现：合理设计鼓形TLCD的相关参数，可使结构的风致扭转响应得到较好控制，尤其对于扭转响应越大的楼层控制效果更好。.（6）在高层结构顶层设置游泳池可以起到控制风振响应的效果；通过合理的尺寸设计，或在大风来袭时给游泳池添加隔板，可使得游泳池的一阶频率更接近结构的第一自振频率，进而达到理想的控制效果；若要使结构满足舒适度要求，则应再加以其他控制设施进行联合控制。