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随着改革开放政策的深入和我国经济的发展,在最近的一、二十年里
高层建筑在我国得到了前所未有的发展。高层建筑的发展现状和趋势,使得
结构的风效应逐步成为控制高层建筑安全性、舒适性和经济性的最重要的因
素之一。高层建筑结构风效应的研究是解决这一类问题的唯一有效的途径。
本文的第一部分工作是对“阵风荷载因子法”在定义高层建筑等效风
荷载时的有效性和合理性重新进行了考察。“阵风荷载因子法”现已被视作
计算高层建筑顺风向风致动态响应的经典方法,并被世界上主要国家规范和
教科书广泛采用,成为通用的概念和方法。然而,该方法在定义高层建筑的
等效风荷载时却存在不足。本文从响应的角度对“阵风荷载因子法”给出的
风荷载进行了考察。结果表明,“阵风荷载因子法”采用的“阵风因子”实
质上是“一阶位移阵风影响系数”,直接用它定义的等效风荷载的分布与实
际的风荷载分布明显不同。
另一方面,以高频动态天平为代表的实验技术已经成为指导高层建筑
实践的常规方法。但这些实验技术都是基于一定的假定,模态振型对高层建
筑风致动态响应的影响问题即是其中得到广泛关注的一个问题。从六十年代
末以来,各国的研究人员分别对此问题进行了研究,提出了各种各样的修正
方法和程序。然而,对这一问题仍需要进一步研究。本文首先推导了通用的
适用于任意响应的模态振型修正公式,并与以往的文献进行对比,澄清了文
献中存在的可能导致误用的结论和概念。在此基础上,提出了方便应用的对
等效风荷载的修正方法。文献中的修正方法都可以被看成是本文提出的修正
方法的特例。这一部分工作构成了本文的第二部分内容。
本文的第三部分内容介绍了在同济大学TJ-2风洞中完成的上海金茂大
厦风致动态响应研究。本文介绍的该部分研究包括高频天平实验和多自由度
气动弹性模型实验。该项研究全部采用国内的资料。实验表明,由于临近建
筑物干扰的影响、地面粗糙度的变化、气动弹性的影响和耦合振动等因素都
可能使该结构的总的等效风荷载和风致动态响应有较大的增加。然而,对这
些因素目前规范中没有能提供简单和有效的解决方法。因此,对象上海金茂
大厦这一类比较重要的高层建筑,进行合适的包括高频天平和气动弹性等风
致动态响应研究是保证结构设计的经济性和安全性的重要的和必要的手段。
最后,比较了本次实验和在加拿大西安大略大学风洞实验室进行的金茂大厦
风致动态响应研究的结果。在相同的风速条件下,比较结果有较好的一致性;
但因我国规范给出的上海地区的基本风速远大于加拿大西安大略大学风洞实
验室采用的风速,所以本次实验给出的风荷载和响应均大于加拿大的结果。