background image

( a)

平均风速和湍流度剖面

( b)

顺风向脉动风功率谱

3

 平均风速和湍流度剖面 、

参考高度

处的脉动风功率谱

Fig. 3

 

M ean w ind velocity and turbulence intensity

p rofiles and PSD of fluctuating w ind velocity

试验包括有周边建筑和无周边建筑

2

类工况

,

15

°

风向角进行

1

次风压测量

, 2

类工况共

48

个风

向角 。风洞试验中的风向角定义见图

4,

风向角的变

换通过转动转盘来实现 。试验风速

10m / s,

采样频率

330Hz,

采样时间为

20 s

4

 风向角示意图

Fig. 4

 

D efinition of w ind attack angle

2

 基本理论

2

1

1

 风致响应

建立坐标系

xoy,

如图

4

所示 。考虑高层建筑

x

轴方向的第

j

阶模态

,

其运动微分方程可表示为

[ 9 ]

:

5

2

x

j

5

t

2

+

2

ζ

x j

ω

x j

5

x

j

5

t

+

ω

2

x j

x

j

=

F

3

x j

( t)

M

3

x j

(

1

)

式中

,

x

j

ζ

x j

ω

x j

F

3

x j

( t)

M

3

x j

分别为

x

向第

j

阶模态的

广义位移 、

阻尼比 、

圆频率 、

广义力 、

广义质量

,

其中

广义力

:

F

3

x j

( t) =

H

0

p

x

( z, t)

φ

x j

( z)

d

z =

m

i =

1

[ p

i

( t) A

i

co s

α

x i

φ

x ji

]

(

2

)

式中

:

H

为建筑物的总高度

;

p

x

( z, t)

为高度

z

处风荷

载沿

x

向的分量

;

φ

x j

( z)

x

向第

j

阶模态的振型函

,

采用

GBJ 50009

2001

《建筑结构荷载规范 》

中的

[ 8 ]

;

p

i

( t)

为测点

i

处的风压时程

,

由风洞试验的同

步测压技术测得

;

A

i

为测点

i

的影响面积

;

α

x i

为测点

i

处法线方向与

x

轴的夹角

;

φ

x ji

x

向第

j

阶模态振

型函数在测点

i

高度处的量值 。

M

3

x j

=

H

0

m ( z)

φ

2

x j

( z)

d

z

(

3

)

式中

,

m ( z)

为建筑高度方向上的单位质量 。

对方程

( 1)

求解

,

即可得到向第

j

阶模态广义位

x

j

( t)

和广义加速度 ¨

x

j

( t)

。通过模态坐标转换

,

x

向高层建筑的位移响应

X ( z, t)

和加速度响应

X

¨(z, t)

分别为

:

X ( z, t) =

m

i =

1

x

j

( t)

φ

x j

( z)

X

¨(z, t) =

m

i =

1

¨

x

j

( t)

φ

x j

( z)

(

4

)

  同理可得到

y

向位移响应

Y ( z, t)

和加速度响应

Y

¨

( z, t)

分别为

:

Y ( z, t) =

m

i =

1

y

j

( t)

φ

y j

( z)

Y

¨

( z, t) =

m

i =

1

¨

y

j

( t)

φ

y j

( z)

(

5

)

  建筑顶部的峰值加速度响应

^

a

xy

:

^

a

xy

=

0

1

8

g

σ

2

X

¨

( H) +

σ

2

Y

¨

( H)

(

6

)

式中

:

g

为峰值因子

;

σ

X

¨

( H)

σ

Y

¨

( H)

分别为建筑顶

x

y

向的加速度根方差 。由于

x

向和

y

向的加速

度不会同时达到最大

,

折减系数为

0

1

8

[ 9 ]

2

1

2

 等效静力风荷载

采用惯性风荷载法研究高度

z

x

向 、

y

向的等

效静力风荷载

F

^

x

( z)

F

^

y

( z)

[ 8, 10 ]

:

4

3