高层建筑顺风向脉动风荷载模拟.pdf

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1、2012年4月甚耐目曩商施工技术-___L—Cj同层建筑顺风向脉动风荷载模拟丰帆祁巍【建业住宅集团(中国)有限公司】摘要：传统的结构设计中常将风荷载用静力荷载等效．这忽略了风荷载的动力特性。本文分析了风荷载的基本性质，给出了高层建筑竖向相关的脉动风茼载的模拟方法。M．shinozuka方法得到的脉动风荷载样本的统计特征值能较好的符合理论值．系统阐述了这种方法的分析过程。其中涉及到脉动风荷载功率潜的计算。采用MAllAB可以方便有效的进行编程，其中的矩阵函数能够容易的实现choleskv分解以及随机数的求取等。在此基础上．以武汉tH：

2、茂锦绣长江A2地块l号楼l～3单元岛层为背最给出了计算实例。关键词：风茼载模拟：谐波叠加法：风速功率谱：风压功率谱；时程样本功率l概述近年来。随着生产生活的需要，大型结构日益受到人们的青睐，大跨度桥梁跨度已从20世纪初的500m到世纪末已逼近2000m：大跨度空M结构跨度也已超过r200m：高层建筑方甸，台北101人楼达到r508m。随着新技术、新材料、新工艺、新型式、新设计方法的应用，工千早结构将日趋人型化、复杂化，这也必然使结构更轻更柔，对于风荷载将更加敏感。对f这螋人跨、高层、高耸结构，风荷载往彳丰起丰要甚车决定作用，因此对于

3、这蝗结构在』)吨荷载作用F的响应研究越来越受到科研工作者的重视。在风的时程曲线中，一般包含两种成分；一种是长周期部分，其值常在10min以上；另一种是钸周期分，常仪有几秒种左右。由于风的长周期远远大于。般结构的自振周期，其对结构的作用相当于静力作用脉动风是由于风的不规则性引起的，它的强度是随时间接随机规律变化的，由于它的周期较短，因而其作用性质是动力的，会引起结构的振动。时域内脉动风荷载的分析，就是用随机过程模拟的方法得到脉动风速时程或脉动风压时程。目前，随机过程的模拟方法可以分为白叫归滑动平均法和谐波合成法两类，本文采用睹波合成法

4、模拟风荷载。谐波合成法是将随机过程或场表示成人量具有随机相位的正弦或余弦之和。这种表乐法最早是由Rice提出的。shinzuka在70年代初首先用这种方法模拟r随机过程和场。该模型适用于模拟具有任意形状密度的平稳随机过蒋!，而且所得到的结果的样本足连续的。2脉动风的特性在风的顺风向时程曲线中，一般包含平均风和脉动风两部分。平均风是在给定的时间间隔内．把风对建筑物作用力的速度、方向以及其它物理量椰看成不随时间而改变的最，考虑到风的长周期远远大于一般结构的自振周期，p司而其作用性质相当十静力：脉动风是由于风的小规则性引起的，它的强度是随

5、时间按随机规律变化的，由于周期较短，岗而其作用性质是动力的，将引起结构的振动。脉动风实际E是i维的紊流风，它包括顺风向、横风向和垂直向的紊流。由于横风向紊流和垂直向紊流的数值很小，对一股高耸结构的影响可以忽略小计。3M．Shinozuka风荷载模拟方法风荷载功率谱密度函数矩阵s。(m)可为复数矩阵，也可为实数矩阵，这要视相关系数的形式而定。不失一般性，设s。(∞)为复数矩阵，其对角元素为实数，非对角元素为复数。由Choleskv分解法T曼(∞)=H(¨)·百(∞)(1)其中，H(o为下三角矩阵；百(∞)为H(∞)的共轭转置矩阵。根据

6、M．shiIlomh方法，作用在结构第i个质点处的脉动风荷载可表示为：NFi(t)：∑∑lHb‘魄)lv互甄c08f‘I，kt+％‘q)+札】(2)其中，N是风谱在频率内的划分数，是一个充分大的正整数；△∞为频率增量：v。竺主竺‘_，I和峨分别为风谱频率下限和上限，并且要求∞。满足关系式：s，‰)d∞=(1—8)Is，(∞)d‘l'0)其中：￡<

7、fH自(恤)I为凰(虮)的模；e。(魄)为两个不同作用点之间的相位角蚺小antan【器等1④其中，I。和凡分别表示虚部和实部；机足在【0，2州上均匀分布的随机数。根据采样定理．为避免模拟样本的重叠，时间间隔△必须满足△t≤州峨(6)则式(2)简化为Fi(t)=∑∑H*‘饥)I讵面cm【‘I'kt砘】(7)4脉动风荷载模拟算例武汉世戍锦绣氏江A2地块l号楼1。3单元高层建筑总高度为应大于600mm。d．通长设置灰缝钢筋，如果设雹难以进行时，可进行搭接，其搭接的长度要大于300一。e．将灰缝钢筋的两端锚入转角墙或相交墙中。铺固长度心大于

8、300mm。f，进行灰缝钢筋在砂浆中的埋入．其保护层外侧长度庹小于15mm。上下长度应大于3Ⅻ。g．在建筑的顶层圈梁上进行宽为40。50Tnm的遮阳板的设置，这可有效避免太阳对钢筋混凝土圈梁的直接照射，从而降低r结构的温差变化，避免．