带伸臂加强层及其阻尼体系的超高层建筑风振控制研究

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随着建筑高度的逐渐增高,风荷载对超高层建筑的影响作用日益突出。为增强结构的抗侧移性能,学者们相继提出了伸臂加强层体系和伸臂加强层阻尼体系的概念。目前主要有2类伸臂加强层阻尼体系:周云提出的耗能减振层体系和Smith提出的竖向粘滞阻尼器体系。关于这2类阻尼体系的地震控制作用研究已较为深入,并均有成功应用于工程的实例。然而,在风振控制领域,国内外学者对伸臂加强层阻尼体系的相关研究却屈指可数。  本文在其他学者的研究基础之上,针对Smith伸臂加强层阻尼体系存在的不足,提出改进型加强层竖向粘滞阻尼器体系;利用ETABS有限元软件和风洞试验数据,基于空间有限元模型,分别进行伸臂加强层及其阻尼体系的三维风振控制研究,并对改进型加强层竖向粘滞阻尼器体系进行优化设计。主要包括以下内容:  1、利用ETABS有限元分析软件,建立一个69层,304.2米高的框架-核心筒结构模型。在该模型基础上,通过加设伸臂构件、环带构件以及伸臂加强层阻尼体系,分别形成相应的伸臂加强层模型和伸臂加强层阻尼体系模型。  2、研究伸臂加强层体系的风振响应。计算表明:设置加强层体系能在一定程度上降低结构的侧向位移,但对降低加速度的作用效果有限;同时还会造成结构刚度突变,在加强层附近几层形成薄弱层。  3、研究伸臂加强层阻尼体系的风振控制作用。计算表明:水平形粘滞阻尼器体系和改进型竖向粘滞阻尼器体系均是优秀的结构风振被动控制体系,均能有效降低水平风荷载作用下的结构动力响应;二者在具体性能上各具优势。  4、对改进型加强层竖向粘滞阻尼器体系进行优化设计。计算表明:对于该阻尼体系,阻尼指数的减小、阻尼系数的增大并不能使结构的风振控制效果达到最佳;该阻尼体系设置于结构的下部楼层能更好的发挥风振控制作用;采用元素交换法可快速完成该阻尼体系最佳配置的优化设计。
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