大连国贸大厦总高度339m,建成后将是我国长江以北最高的超高层现代化建筑,也是我国设计和科研人员自行设计的第一座这样高的建筑。计算表明,其在强风下的顶层位移和加速度值均十分接近我国建筑荷载规范的极限值,为了减小顶层位移值,提高该建筑物上部的舒适度,决定采用简单、易行,维护费用低的调谐液体阻尼器(TLD)对大厦进行风振控制,以期达到理想的使用水平。 鉴于此,本文开展了以下研究工作: 针对国贸大厦三维有限元模型计算风荷载作用下动力响应存在计算时间超长、耗用硬盘空间巨大的问题,又由于从结构的整体布局来看,平面两个方向刚度相差较大(大于2),按照横向(弱向)进行单一方向的控制反应分析是可行的原则,本文将沿该结构弱向方向简化为符合其动力特性的竖向串联多自由度体系,其中质量矩阵采用ETABS集成的等效层质量矩阵,刚度矩阵采用等效刚度参数识别法识别出等效刚度矩阵,阻尼矩阵采用瑞利阻尼,并对简化模型进行了动力特性分析。分析表明,在结构该方向上采用简化模型来代替有限元模型是可行的,这样大大缩短了计算时间。 采用基于三角级数叠加的谐波合成法对大连国贸大厦进行脉动风荷载模拟,为了加快计算速度采用了快速傅立叶变换(FFT)技术。为了验证该方法可行,在当地用ZDR-1F型智能风速风向记录仪进行了长时间的风速测量,获得了多个样本,选用其中风速较大、过程较平稳的样本与模拟出的风荷载样本进行比对。比较结果表明,使用该方法模拟出的风荷载是合理的,可以作为国贸大厦风模型用于计算。 在调谐液体阻尼器(TLD)的设计中,考虑可利用大厦顶层放置生活、消防水箱的空间,提出了两套设计方案:一是直接将生活、消防等深水水箱改造成调谐液体阻尼器(TLD);一是设置专门用于减振的浅水水箱调谐液体阻尼器(TLD),两种设计方案都能达到减小风振响应的目的,但减振效果存在差异,后者减振效果优于前者,可前者也具有实际操作更方便、更经济等优势。因此,综合各方面因素,本文提出了两套方案以供实际工程中根据实际情况进行选择。 但是,在本次设计中,减振效果更好、更具推广前景的浅水水箱设计方案计算稍显烦琐。未来的研究中,如果能提出符合风荷载作用下结构—浅水水箱相互作用的易于计算的简化模型,相信本身极具优势的浅水水箱TLD的应用前景会更加广阔。此外,本文的TLD设计步骤,可供类似高层建筑进行TLD减小风振控制分析和设计时参考。