某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。     

复杂塔冠对双塔高层建筑风压特性影响的试验研究

利用同步测压风洞试验方法,研究了3种典型风向角下圆角三角形截面双塔高层建筑顶部的花瓣形塔冠对建筑表面风压分布特性和风致响应的影响。基于试验数据,对建筑平均风压和极值风压等值线、整体体型系数、风荷载功率谱密度曲线以及基底合力(矩)进行了分析和比较。结果显示,复杂塔冠在整体上抬高了建筑顶部的风致绕流,使得部分风向角下建筑顶部附近的风压出现增大趋势;塔冠的存在同时使各楼层阻力和升力系数增大,且越靠近顶部增幅越明显;当风向沿着双塔形心连线方向时,由上游塔楼漩涡脱落形成的尾流激振现象十分显著,从而使得该风向角下的峰值加速度和横风向等效静力风荷载均达到最大,而塔冠的存在可能改变横风向风荷载的频谱特性,对于文中研究的双塔高层建筑,塔冠使得涡漩脱落频率略向低频转移,故使相应的峰值加速度和等效静力风荷载有所降低。     

深圳地王商业大厦结构风荷载效应分析

根据在深圳地王商业大厦 3 47 5m高程处对风速和结构风振动的多次测试数据 ,按现行《建筑结构荷载规范》(GB5 0 0 0 9— 2 0 0 1 )、《日本建筑学会对建筑物荷载建议》以及笔者提出的风速剖面模型确定的风荷载 ,采用SAP2 0 0 0的空间有限元程序对该高层建筑结构进行了风反应计算分析。计算结果与实测结果对比得出以下结论 :在 3 0 0m以上高程 ,风速剖面不再按指数或对数规律分布 ,而呈抛物线或多项式曲线规律分布。因此 ,在对高度超过 3 0 0m的超高层建筑结构进行风反应分析时 ,我国现行《建筑结构荷载规范》的风荷载取值可能偏高 ,建议进行调整     

基于分布式同步采集的赛格大厦结构动力学参数识别

在大型复杂工程结构上进行现场模态测试时,由于结构规模体量大并存在空间隔断,导致数据采集设备与传感器之间快速布设数据传输线困难。因此,有必要解决不同位置分布式同步采集设备时间精确同步问题,研发易于快速安装的分布式数据采集和无线传输设备。为此,提出基于“北斗”卫星授时的结构振动分布式同步采集算法,集成分布式同步采集硬件与研发数据在线采集和无线传输软件,获取大型复杂工程结构不同空间位置时间同步动态响应,基于随机子空间算法自[JP2]动识别工程结构服役状态下真实的模态参数。在赛格大厦振动事件溯源工作中,该系统成功捕捉到5月20日12:00—13:00[JP]结构共振时第69层与桅杆底部的加速度响应,发现四次共振均以频率2.12 Hz振动主导。基于该系统在环境激励条件下的现场模态测试,识别结构前19阶动力学参数,发现频率2.12 Hz是主体结构弯扭耦合和桅杆面内对称振动模态。基于现场激振测试识别频率2.12 Hz对应的阻尼比,发现阻尼比随着振幅的增加突然减小然后逐步增加,较低的阻尼比是导致赛格大厦发生共振的原因之一。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

Structural dynamic parameter identification of Saige building based on distributed synchronous acquisition method

在大型复杂工程结构上进行现场模态测试时，由于结构规模体量大并存在空间隔断，导致数据采集设备与传感器之间快速布设数据传输线困难。因此，有必要解决不同位置分布式同步采集设备时间精确同步问题，研发易于快速安装的分布式数据采集和无线传输设备。为此，提出基于“北斗”卫星授时的结构振动分布式同步采集算法，集成分布式同步采集硬件与研发数据在线采集和无线传输软件，获取大型复杂工程结构不同空间位置时间同步动态响应，基于随机子空间算法自[JP2]动识别工程结构服役状态下真实的模态参数。在赛格大厦振动事件溯源工作中，该系统成功捕捉到5月20日12:00—13:00[JP]结构共振时第69层与桅杆底部的加速度响应，发现四次共振均以频率2.12 Hz振动主导。基于该系统在环境激励条件下的现场模态测试，识别结构前19阶动力学参数，发现频率2.12 Hz是主体结构弯扭耦合和桅杆面内对称振动模态。基于现场激振测试识别频率2.12 Hz对应的阻尼比，发现阻尼比随着振幅的增加突然减小然后逐步增加，较低的阻尼比是导致赛格大厦发生共振的原因之一。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

深圳京基金融中心气动抗风措施试验研究

深圳京基金融中心高439m,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用高频底座力天平方法对该建筑模型进行了风洞试验,考察了利用其顶部设备和避难层进行开敞形成不同的风走廊(气动措施)对结构风荷载和风致响应的影响。试验结果表明：在重现期100a敏感风向作用下结构漩涡脱落频率明显低于结构基阶固有频率;气动措施可显著抑制和削弱脱落漩涡的强度,当没有受到明显干扰影响时,气动措施显示出良好的抗风效果。不同气动措施可使重现期100a结构基底弯矩减少8.2%~21.2%,使重现期10a峰值加速度减少5.3%~16.0%;受到来自于地王大厦的干扰效应的影响,在所关注重现期风速范围内的结构风振响应为上游地王大厦的尾流所控制,影响了气动措施的控制效果,但在发生涡激共振的临界风速时气动控制措施效果显著。     

底部架空住区风环境风洞试验研究

为研究底层架空建筑住区风环境,通过大气边界层风洞试验的方法,以广州地区某建筑底部架空住区为对象,研究了底部架空对于住区人行高度风环境以及建筑表面风压的影响。研究结果表明:对于各组团建筑周边开敞区域的风速测点位置,大部分风向下无架空情况的阵风等效风速比稍大于有架空情况;无架空情况下二层高度平均风压系数略高于有架空情况,而对于整体风压有无架空影响不大;在夏季主导风向下,无架空情况各组团建筑表面平均风压差均略高于有架空情况。     

台风边缘区风场特性及其作用下高耸桅杆结构风效应实测研究

以深圳356 m气象梯度塔记录的风速时程数据为基础，分析了台风“圆规”边缘区风场平均风速、湍流度及风谱特性，并进一步探讨了台风作用下梯度塔的风致响应特征。结果表明：台风边缘区域大风时段风剖面指数均值为0.243,高度40 m以下湍流强度介于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中C类与D类场地之间，高度320 m处湍流强度则接近C类场地的；von Karman谱与高度320 m处实测风谱吻合较好，但与低空实测谱存在一定差异；台风激励下梯度塔以横风向振动为主，且风振多模态参与特征明显，纤绳振动不可忽略；结构加速度响应幅值对梯度塔的模态频率和阻尼存在一定影响；结构x向和y向前三阶模态频率整体呈现随加速度响应增大而减小的趋势；阻尼比的识别结果较为离散，y向的前三阶和x向的一阶模态阻尼比随结构加速度响应增大而增大，而x向的二阶和三阶模态阻尼比则随响应增大呈减小的趋势。     

地王大厦动力特性及大风时楼顶位移和加速度实测研究

本文介绍了深圳地王大厦的动力特性和在大风时楼顶位移和加速度的实测结果,并对实测结果进行了讨论.     

深圳地王大厦测振、测风试验研究

对深圳地王大厦３２４．９５ｍ、６８层主楼结构动力特性，包括自振周期、振型、阻尼比进行脉动法测试：１９９６年８月～１０月台风季节，于主楼屋面以上标高３４７．５０ｍ处进行风速、风向的连续观测记录。数据处理分析结果表明：结构动力特性的实测结果与理论计算结果相当接近；风速测试结果与现行荷载规范所采用的经验公式的计算结果相差较大，有必要加强测试研究工作，积累数据，对超高层建筑风荷载取值进行修订。     

Field measurements of wind effects on the tallest building in Hong Kong

Central Plaza has a height of approximately 374 m and is 78‐storeys tall. It is the tallest structure in Hong Kong and was the highest reinforced‐concrete building in the world when it was built several years ago. This paper describes some results obtained from the full‐scale measurements of wind effects on Central Plaza. The field data such as wind speed, wind direction and acceleration responses have been measured during the close passage of several typhoons in recent years. Detailed analysis of the field data is conducted to investigate wind effects on the tall building. The full‐scale measurements are compared with the wind tunnel results. The amplitude‐dependent characteristics of damping that were obtained by using the random decrement technique are investigated on the basis of the field measurements. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Study on full-scale measurements of wind-induced response of the Shenzhen Kingkey 100 Tower

采用自主研发的LAC-I无线加速度传感器，对高度441.8m的深圳京基100 (KK100)的加速度响应进行了为期5年的连续监测。选取了2011年至2015年间的4次主要台风（纳沙、杜苏芮、维森特和天兔）经过时的加速度观测数据以及常态弱风和环境激励下的加速度数据，进行结构动力参数识别以及验证与风洞试验结果的一致性。结果表明：各工况下自振频率的识别结果具有很好的一致性，与其在设计阶段对结构进行有限元分析得到的相应结果约大21%；阻尼比的识别结果表现出一定的离散性，x、y 两个方向的阻尼比分别在0.6%~0.9%和0.33%~0.71%之间变化，但阻尼比与振幅并不存在明显的相关性；在风场条件基本一致的情况下，实测结果与风洞试验结果具有良好的一致性；在振幅较大的横风向，实测和风洞试验得到的结构顶部峰值加速度响应相差4.2%，说明了风洞试验的可靠性。同时近5年来的连续观测遇到了与深圳地区10年重现期风压相当的最大风速，测得的瞬时峰值加速度仅为0.123 m/s²，表明该建筑的舒适度能够满足要求。     

Shape-dependent characteristics of full-scale wind profiles

Numerical investigations on vortex excitation of tall and slender structures, like guyed masts or towers oscillating with higher eigenmodes, indicate that it can be beneficial to account for realistic shapes of the mean wind speed profile. In order to use shape-dependent profile characteristics for a prospective stochastic vibration analysis of structures subjected to vortex excitation, the occurrence of different profile shapes is derived from full-scale wind data, which has been continuously recorded at the 344 m measurement mast Gartow since 1989. After the shape-dependent classification of the profile data with an artificial neural network, the classified wind speed profiles and the corresponding turbulence characteristics are described statistically. The classification shows that the frequency of occurrence of constant profile shapes is only 18.4%. Since these are usually used to analyze the vortex-induced fatigue, accounting for realistic wind speed profiles in a vortex excitation analysis can enhance the predicted fatigue safety for structures that oscillate with multiple modal nodes. For such an analysis, the shape-dependent profile characteristics can be well represented independently of the wind direction with Weibull and Gaussian statistics, where the latter is a reasonable approximation for the conditions at the measuring site. For the turbulence intensity, common models apply within each profile class.     

强台风“黑格比”登陆过程中近地风场特性

为准确研究低矮房屋的风载特性,基于建造在强台风"黑格比"登陆地点的低矮房屋原型实测房,对强台风"黑格比"登陆的全过程进行了监测,获取了在强台风登陆过程中近地风场及实测房屋表面风压的实测数据。通过对台风登陆过程的风速及风向、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和风速谱等参数的分析,研究了强台风"黑格比"登陆时的近地风场特性,同时介绍了实测房屋及测压系统。结果表明:强台风"黑格比"的最大瞬时风速达到56.7/s,10m in最大平均风速为40.2m/s;台风登陆前,风速及风向脉动变化很大;台风登陆后,湍流度及阵风因子明显减小;风速变大,阵风因子与湍流度有减小的趋势;实测风速谱与von Karman谱吻合较好。研究结果将增进对强台风近地风场的理解和认识,可为今后改进低矮房屋的抗风设计提供参考。     

桅杆结构风洞试验研究

本文介绍了国内首次桅杆结构风洞试验,记录了格构式和单筒式桅杆模型的自振特性和风振响应测试结果。试验结果表明：①桅杆结构的非线性程度随风速的增大而增强;②桅杆结构在风振计算中应考虑多阶振型的影响,随着风速的加大,高振型的贡献增加;③在顺风荷载作用下,桅杆结构可能出现横风共振和混沌现象。     

东芝电梯（沈阳）有限公司新工场工事电梯研究塔抗风设计

电梯研究塔平面尺寸15．5m×15．5m,地上28层,地下2层,高128．3m,是目前国内最高的电梯研究塔,高宽比达8．28,系超限高层建筑。本项目主要进行了顺风向、横风向的最大（峰值）加速度计算,并验算了研究塔顶层的人体舒适度;同时还对横风向驰振、涡激振动进行了验算。     

基于CFD模拟技术的深圳市城市风环境分析

常规建筑自然通风设计均是基于城市尺度的主导风向和风速,并未考虑建筑所处地区的地理位置对主导风速和风向产生的影响,然而城市风由于城市街道、河流、建筑高度、布局、以及太阳辐射、温湿度不同,会发生很大的变化,继续利用城市主导风向作为建筑自然通风分析的边界条件,会产生很大的误差。以深圳市为例,通过CFD软件对城市尺度风环境进行模拟分析,初步得出城市不同分区的风环境。     

温州东海广场超高层建筑三维风振分析

温州东海广场是高200m的超高层建筑,风荷载是其结构设计的控制荷载之一。进行了刚性模型同步测压风洞试验,以此为基础,根据随机振动原理,考虑了风力相关性及振型耦合,对温州东海广场超高层建筑进行了风振响应分析,计算得到36个风向角下的风致响应和等效静力风荷载。计算结果表明,温州东海广场工程主塔楼Y轴方向的风荷载大于X轴方向风荷载,80°风向角为不利风向;角点和质心位置的合加速度响应均小于0.15m/s2,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)顶点最大加速度限值的要求。