高层建筑抗风性能研究-资料分享下载-无忧分享网

摘要

高层建筑抗风性能直接影响到结构的整体性能，造价，以及施工难度等多方

面。随着城市的发展，土地资源的不断开发，高层建筑正以惊人的速度在全世界

一幢又一幢的拔地而起。然而如何建造一个安全可靠、适用性强、具有良好的耐

久性且经济性良好的高层建筑一直是高层建筑设计中秉持的重要基础。

在中国的超高层越来越多，许多已成为了中国甚至世界上知名的地标性建筑，

可见，一幢优秀的高层建筑不仅仅能满足人们对于土地的高度利用，更能体现一

个国家的经济实力。当今世界上最高的超高层已经达到了 800m。世界上普遍将

100m 以上的建筑结构称之为超高层建筑。

超高层建筑结构受到风荷载作用显著，其主要原因在于其基本频率与风振频

率较为接近，并且由于自然风的风速以及风压是随高度增加而增加，从而引起结

构底部受侧向力显著。因而对于超高层建筑而言，如何有效的控制风荷载对建筑

的影响，控制结构风振响应，提高结构的抗风性能在结构设计中变得至关重要。

在国内外研究的基础上，本文以一幢 200m 超高层为研究对象，主要做了以下

几个方面的工作。

(1)首先介绍自然风的形成以及风荷载是如何影响一个结构的，从而了解风荷

载的特性（包括平均风以及脉动风）。进而介绍结构的顺风响应、横风向响应及扭

转响应，介绍结构侧向抗风性能的影响因素。

(2)通过查阅国内外文献，介绍各种有利于控制抗风的结构设计方法，并进行

详细说明，如：改变建筑物外型，增加阻尼器，加强层的添加及其设置方法等。

(3)通过具体实例，建立分析模型，对其局部特征加以改变对比其各项结构性

能，如结构位移角的幅值变化，舒适度的变化，层间抗侧刚度的变化率及变化特

性等，从而深入理解结构的抗风特性，并对各项方式做性能及性价比权衡，并就

此给出一些可供工程应用的结论。

(4)本文最终的研究成果，从结果来看，各种提高结构性能的方式对于结构各

个方面的影响各不相同，但可以总结出，对于某些问题可以依靠的解决方式是有

限的，本文就此工程，得出解决各种性能优化方面的较优方式，从而给以后类似

工程一定的借鉴作用。

关键词：高层建筑结构体型系数抗风特性抗风性能优化

ABSTRACT

Wind resistant performance of high-rise building directly affects the overall

performance of the structure, the cost and difficulty of construction, etc.With the

development of the city and the continuous development of land resources, high-rise

buildings are rising by the astonishing speed around the world. However, how to build a

high-rise which has enough safety,reliability,strong applicability, high durability and

good economy has always been an important basis for the design of high-rise buildings.

In China,more and more high-rise buildings have been set up in recent years, many

of them have become the famous landmark of china even of the world.Obviously,an

excellent high-rise buildings can not only meet the use of land,but can reflect a country's

economic strength as well.The world's highest building has reached 800m, but buildings

over more than 100m high are generally called the high-rise buildings.

High-rise building structure is significantly affected by wind loads, the main reason

is that the basic frequency of high-rise building and wind vibration frequencies are close,

and the speed of natural wind and wind pressure is increased with increasing altitude.

Thus for high-rise buildings,how to control the wind loads effectively,how to control

wind vibration response of structure and how to improve the wind-resistance

performance in structural design become quite important.

With the basis research at home and abroad,this paper take a 200m high-rise

building as the research object, mainly do the work as follows:

(1) First of all,there will be a brief introduction fo the the natural wind and how

wind load influence a structure,which will help understanding the characteristics of

wind load（including the mean wind and fluctuating wind）.After that there will be an

introduce the influences a structure may suffer including the along-wind response,

across-wind response and the torsional response.After all introduction of the factors that

may affect the lateral wind resistance performance of a structure will be given.

(2) Through domestic and foreign literature, description of the various structural

design method to control the wind load will be introduced.Then describ them in detail,

such as: changing the building appearance, increasing the damper, adding strengthen

layer and the way to arrange them etc.

(3) Through specific example, an analysis model will be built up.Changes of the

structure may greatly influence the performances of the structure, such as changes in the

amplitude of displacement angle, changes in the degree of comfort, change ratio and

change characteristics of interlayer lateral stiffness etc.Through these analysis,wind load

and resistance of structure can be better understand ,which may give some available

conclusion for engineering application.

(4) From the results,the final results of research are as follows: all kinds of

improving structural performance way influence to structure various aspects of each are

not identical, but can be summed up, for some problems can rely on the solution is

limited, this paper works, solve the performance optimization better ways, so as to give

future similar project reference.

Key words: High-Rise building,structure shape coefficient structure，

wind-resistant performance，wind resistance performance optimization

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 ........................................................ 1

1.1 概述 ........................................................ 1

1.2 研究意义 .................................................... 1

1.3 国内外结构抗风的研究现状 .................................... 3

1.3.1 结构风工程基本研究方式 .................................. 3

1.3.2 高层抗风基本要求 ........................................ 4

1.3.3 结构抗风研究重点方向 .................................... 5

1.4 本文的主要工作 .............................................. 6

第二章结构抗风基本概念 ............................................. 7

2.1 风、风速及基本风压 .......................................... 7

2.2 风对结构的作用 .............................................. 7

2.2.1 结构风的确定 ............................................ 7

2.2.2 结构对风的响应及其基本原理 ............................. 12

2.3 本章小结 ................................................... 18

第三章提高高层抗风性能措施概述 .................................... 19

3.1 建筑措施 ................................................... 19

3.1.1 边角柔化措施 ........................................... 19

3.1.2 建筑结构的收进 ......................................... 20

3.1.3 局部开洞措施 ........................................... 20

3.2 结构措施 ................................................... 21

3.2.1 设置斜支撑措施 ......................................... 21

3.2.2 设置加强层措施 ......................................... 23

3.2.3 设置阻尼器措施 ......................................... 24

3.3 本章小结 ................................................... 27

第四章某超高层结构概况 ............................................ 28

4.1 综述 ....................................................... 28

4.2 基本条件 ................................................... 29

4.3 结构布置及主要构件尺寸 ..................................... 30

4.4 结构超限类型和程度 ......................................... 31

4.5 本章小结 ................................................... 32

第五章模拟及分析 .................................................. 33

5.1 前言 ....................................................... 33

5.2 结构模型建立与参数设定 ..................................... 38

5.2.1 塔楼整体计算参数 ....................................... 38

5.2.2 整体计算结果汇总 ....................................... 41

5.3 风荷载作用 ................................................. 43

5.3.1 弯矩及剪力响应 ......................................... 43

5.3.2 舒适度验算 ............................................. 45

5.4 结构抗风性能评价 ........................................... 45

5.4.1 建筑外形的影响 ......................................... 46

5.4.2 结构形式的影响 ......................................... 62

5.4.3 阻尼器的影响 ........................................... 72

5.5 本章小结 ................................................... 77

第六章结论与展望 .................................................. 79

6.1 结论 ....................................................... 79

6.2 展望 ....................................................... 80

附录 .............................................................. 81

参考文献 ........................................................... 88

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ..................... 92

致谢 .............................................................. 93

第一章绪论

1

第一章绪论

1.1 概述

高层建筑已经成为当今社会不可或缺的一部分，但为了满足社会发展的需要，

所面临的问题并不是建造一座高层建筑，而是如何有效使用现有科技，材料的基

础上全面地认识高层建筑，并达到适用性，安全性，舒适性，耐久性，经济性的

统一实现。

高层建筑结构从材料选择来讲主要有钢筋混凝土结构以及钢结构（其中钢筋

混凝土结构亦包括型钢混凝土结构亦或钢管混凝土结构等混合结构的应用），由于

结构材料的选择不同会引起其不同的受力性能和设计特点。此外，高层建筑为提

高其抗侧能力，一般采用框架-核心筒或者筒中筒结构，对于一些特别的超高层也

能能采用的多筒结构体系和巨型框架结构体系以达到更强的抗侧向能力。

在高层建筑中，水平侧向荷载（而非重力荷载）成为了主要的控制因素，结

构的侧向位移则成为设计中主要的控制指标。水平荷载一般包括有地震作用以及

风荷载，其中地震由于其未知性对于建筑的危害极大，但随着高层建筑的高度增

加，结构从完全的刚性结构转变成了柔性结构，这使得风荷载所引起的水平侧向

荷载亦不容忽视。当建筑结构在风荷载作用下不能满足结构强度、刚度要求时，

至今已有许多加强改善方式，如：结合设备层、避难层设置加强层，将建筑物的

边角柔化，局部开洞，设置阻尼器等等。但对于200m左右的超高层而言，为使建

筑结构即经济又安全，如何合理地选取结构形式及合理的抗风措施将成为研究的

重点方向。

本文首先介绍风荷载的特性以及对结构的主要作用，进而介绍可以提高结构

抗风措施的基本原理，最后通过一个200m左右的实例分析，更全面地了解各种抗

风措施对该结构抗风性能及整体性能的影响，以便工程分析应用。

1.2 研究意义

在强风作用下，超高层建筑不仅要承受平均风所产生的静定风压，从而使得

结构产生一定的侧向变形，同时也将受到脉动风的影响而产生振动，这种风振响

应一方面会增加结构物在静定风压作用下的位移限值，从而使得结构变形过大，

无法正常使用，另一方面，由于这种振动的产生，会使得建筑物内的使用者产生

不舒适感，从而影响其使用功能。

国内外统计资料表明，在所有的自然灾害中[1][2] [3]，风灾所造成的损失为各灾

高层建筑抗风性能研究

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