某超限高层建筑静动力风荷载分析

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1、http://www.paper.edu.cn某超限高层建筑静动力风荷载分析杨晓利，杨志勇，肖敬华，王会武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070）Email：angel678@163.com摘要：风荷载是建筑物的主要动荷载之一，尤其对于风敏感的复杂高层建筑结构，风荷载引起的效应在总荷载效应中占有相当大的比重，甚至起决定性作用。合理的进行结构抗风设计，是保证结构安全的重要因素。经过数十年的研究，高层建筑风致振动的试验和分析方法已有很大的进步和发展，解决了大量的工程实际问题。本文以武汉某超

2、限高层钢筋混凝土剪力墙结构为研究对象,利用SAP2000结构分析软件,建立该结构的有限元分析模型,分析了结构的动力特性以及结构在设计风荷载作用下的反应,并根据随机振动理论分析结构的风振响应。关键词：风荷载；超限高层建筑；SAP2000；风振响应中图分类号：TU31引言风荷载是建筑结构经常遇到的侧向荷载之一。随着施工技术和材料科学的进步，现代建筑存在大长化和轻柔化的发展趋势，这使得建筑物的自振频率越来越接近自然风的卓越频率，建筑物在风荷载作用下的动力响应也越来越显著。而对于高耸、高层结构和玻璃幕墙

3、结构来说，风荷载引起的结构响应在总荷载中占有相当大的比重，甚至起着决定性的作用，风荷载己成为高层结构的主要设计荷载之一。合理的抗风设计对保障这些建筑结构的功能有重要的意义。因此，为了满足建筑的经济性、安全性以及舒适性的要求，结构工程师需要更深入认识结构的风效应、确保结构的各项功能在服务期内正常运行。[1][2]自从A·GDavenport于60年代初对结构风工程做出了奠基性工作以来，经过世界各地的专家、学者通过不懈努力，高层建筑风荷载研究已有很大的发展，解决了大量的工程问题。目前高层建筑结构顺风

4、向风荷载和风振理论已比较成熟，研究成果已反映在各国规范当[3]中；横风向风振影响因素较多机理比较复杂，目前主要结合风洞试验进行研究。本文利用SAP2000有限元分析软件，建立结构的有限元模型，分析结构顺风向静动力风荷载反应，并根据随机振动理论计算结构顺风向风振响应。2工程概况本工程为高层剪力墙结构，位于汉阳，濒临长江，交通方便，地理位置优越，环境优雅，2可视长江全貌。建筑占地871.29m（46.1mX18.9m）,该建筑地下1层，地上38层，建筑总2高度133.5m(不含机房高)，建筑总面积达

5、28729.5m，为武汉市建筑设计院设计。该建筑系钢筋混凝土剪力墙结构，上部结构的嵌固部位为地下一层顶板，剪力墙加强高度为地下一层楼板至三层楼板。底层层高为3500mm，二层层高为4000mm，三层至三十八-1-http://www.paper.edu.cn层层高3500mm，结构平面中间(包括电梯间、楼梯间、管道井和过道)为现浇剪力墙筒体。地下结构的基础埋深8.2m，基础形式为钻孔灌注桩筏形基础，地下室外墙均为550mm厚，为混凝土剪力墙结构。由于场地的原因，建筑平面设计为长方形，采用对称布局

6、，长为宽的2.6倍左右，正立面奇数层中间部位凸出两个阳台，背立面分别在4～6轴线与15～17轴线的偶数层部位设立空中花园，两侧立面各楼层没有凹凸。结构主要构件(墙、柱、梁)的截面尺寸及混凝土强度等级见表1所示：表1主要构件的截面尺寸及混凝土强度等级剪力墙厚度(mm)/柱梁(mm)/层数混凝土强度等级混凝土强度等级混凝土强度等级1～3层250/C50C50250x900/C354～13层200/C45C50250x700/C3514～23层200/C40C50200x600/C3524～33层20

7、0/C35C50200x500/C3534～38层以上200/C30C50200x500/C303结构SAP2000有限元模型SAP2000是structuralanalysisprogram的简称，SAP2000是由美国ComputersandStructuresInc公司开发研制的通用结构分析与设计软件，是美国乃至全球公认的结构分析计[4]算程序，在世界范围内广泛应用。SAP2000中文版是一个集成化的通用结构分析与设计软件，它可以对建筑结构、工业建筑、桥梁、管道、大坝等不同体系类型的结构惊

8、醒分析和设计，也可以根据需要完成世界大多数国家和地区的结构规范设计。SAP2000的分析功能十分强大，几乎囊括了所有结构工程领域内的最新结构分析功能。按照该超限高层建筑的实际尺寸和受力状态，建立该超限高层建筑的SAP2000分析模型。如图1所示。3.1边界条件在处理上部结构的边界条件时，不考虑地下室和基础对上部结构的作用，将±0.000以下部分视为固结于地面，因而在SAP2000中结构力学模型的底部支座选用固定支座，嵌固与地下1层顶板。在建立结构的分析模型过程中，只考虑基本结构层，38层以上附属