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连体超高层建筑作为一种较为新颖的建筑形式,其连廊不仅能作为观光场所,也能提供消防应急通道。在强台风作用下,连体超高层建筑之间会存在很强的气动干扰,两栋建筑在部分不利风向角下可能会出现较大的风致振动响应。各种类型的阻尼器被用来控制超高层建筑在风荷载作用下的响应。其中,调谐质量惯性阻尼器(TMDI)是新发展的一种振动控制系统,由传统的调谐质量阻尼器(TMD)和惯容器组成。其优点表现为:能够实现惯性的灵活调整和频率的调节;改变结构惯性同时基本不改变结构的物理质量;提高惯容系统中消能器的耗能效率。初步研究表明:当惯容器连接的两端相对加速度越大,TMDI控制振动效果就越好。本文结合连体超高层建筑的两栋楼相对振动较大和TMDI惯容器的特点提出了单个和多个调谐质量惯性阻尼器(MTMDI)来控制连体超高层建筑的风振响应,主要工作和结论如下:
(1)根据建筑模型相关假设,推导了TMDI和MTMDI安装在连体超高层建筑上在风荷载作用下的数学模型,并结合阻尼矩阵为非比例阻尼的特点,介绍了状态空间下的复模态求解方法。
(2)在风洞实验室开展了某栋连体超高层建筑的刚性模型同步测压试验,获得了该建筑各个楼层的24个风向角下的荷载时程。
(3)基于数学模型和测压风洞试验数据,以两栋建筑顶层峰值加速度响应为优化目标,获得了该连体超高层建筑上安装单个TMDI后的优化参数,根据这组参数计算风致加速度和位移响应的减振控制效果。结果表明:TMDI能有效控制连体超高层建筑各个风向角下的加速度响应,且能控制建筑1的位移响应,而建筑2的风致位移控制效果并不明显。从优化参数来看,质量比、频率比以及惯性系数比对于两栋建筑的加速度响应影响较大,且两栋建筑的响应变化趋势随参数的变化并不一致,阻尼比为20%时两栋建筑的加速度响应都能达到最优。
(4)以两个TMDI分别控制两栋建筑各自的第一阶自振频率为基础,选取合适参数分析了连体超高层建筑在安装两个TMDI后风致加速度和位移响应的减振控制效果。结果表明:虽然两个TMDI的总质量和总惯容量值与单个TMDI相应的参数相比更小,但是两者的减振控制效果基本相同,都能有效地控制两栋建筑在24个风向角下的加速度响应,位移响应的控制效果与安装单个TMDI时相似。采用多目标优化算法获得了连体超高层建筑安装两个TMDI后的最优参数。计算结果表明:优化后的两个TMDI比未优化的两个TMDI的质量更小,但是对建筑1的加速度响应控制效果基本相同,而建筑2在少部分风向角下的峰值加速度响应更小。
(1)根据建筑模型相关假设,推导了TMDI和MTMDI安装在连体超高层建筑上在风荷载作用下的数学模型,并结合阻尼矩阵为非比例阻尼的特点,介绍了状态空间下的复模态求解方法。
(2)在风洞实验室开展了某栋连体超高层建筑的刚性模型同步测压试验,获得了该建筑各个楼层的24个风向角下的荷载时程。
(3)基于数学模型和测压风洞试验数据,以两栋建筑顶层峰值加速度响应为优化目标,获得了该连体超高层建筑上安装单个TMDI后的优化参数,根据这组参数计算风致加速度和位移响应的减振控制效果。结果表明:TMDI能有效控制连体超高层建筑各个风向角下的加速度响应,且能控制建筑1的位移响应,而建筑2的风致位移控制效果并不明显。从优化参数来看,质量比、频率比以及惯性系数比对于两栋建筑的加速度响应影响较大,且两栋建筑的响应变化趋势随参数的变化并不一致,阻尼比为20%时两栋建筑的加速度响应都能达到最优。
(4)以两个TMDI分别控制两栋建筑各自的第一阶自振频率为基础,选取合适参数分析了连体超高层建筑在安装两个TMDI后风致加速度和位移响应的减振控制效果。结果表明:虽然两个TMDI的总质量和总惯容量值与单个TMDI相应的参数相比更小,但是两者的减振控制效果基本相同,都能有效地控制两栋建筑在24个风向角下的加速度响应,位移响应的控制效果与安装单个TMDI时相似。采用多目标优化算法获得了连体超高层建筑安装两个TMDI后的最优参数。计算结果表明:优化后的两个TMDI比未优化的两个TMDI的质量更小,但是对建筑1的加速度响应控制效果基本相同,而建筑2在少部分风向角下的峰值加速度响应更小。