基于可靠度的高层建筑风致振动舒适度评价标准研究

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改革开放以来我国城市化进程逐渐加快,高层建筑的数量与高度不断增加,然而建筑高度的增加没有带来关于高层建筑风致振动舒适度评价标准的进步,在舒适度验算上缺乏贴近实际结构风振的规范与标准,导致高层建筑舒适度长久以来缺乏合理性与适用性。本文选取较经典的几类舒适度规范,从标准制定、限值控制等角度对我国现行舒适度评价标准提出改进建议,并结合具体的高层建筑算例进行数值模拟分析与结构可靠性研究,从多方面验证改进舒适度评价标准的科学合理性。针对我国现行舒适度评价标准的局限性,提出改进舒适度评价标准。分析研究了中国、日本、ISO6897三类舒适度规范研究背景及舒适度限值标准的设计方法及依据。结合相关分析理论提出改进措施,包括采用均方根加速度作为限值标准,限值与建筑频率有关;取峰值因子为4.0~5.0;取风荷载重现期为1年且相应重现期下居民不满意控制在2%以下等。针对深圳某高层结构做风致振动数值模拟,并对高层结构风振进行舒适度评价。在现场实测振动特性的基础上建立了深圳某高层结构的ANSYS模型,联合CFX流场分析软件对超高层建筑进行流固耦合模拟。将数值模拟结果、风洞实验结果与实测结果进行对比,并拟合出随风速变化的结构加速度响应曲线。结合风洞实验数据、实测数据及数值模拟数据基于现行评价标准与改进评价标准进行舒适度评价。结果表明实际结构风振舒适度符合标准要求,且改进舒适度评价标准具备较强的合理性。基于现行与改进舒适度评价标准,对高层建筑风致振动舒适度进行频域与时域可靠性分析。根据规范规定的结构顶点加速度公式,基于我国现行评价标准与改进评价标准对高层结构进行可靠性分析;基于Kaimal谱与横向气动力谱通过MATLAB编制程序获取结构动力响应谱,根据响应面法拟合得结构风振响应公式,基于改进评价标准使用蒙特卡洛法对结构进行时域可靠性分析。结果表明我国现行舒适度评价标准在验算高层结构风振时,求得的可靠度指标与真实指标误差较大;改进评价标准在验算高层结构风振舒适度时可靠度指标与结构真实可靠度指标拟合度较高,误差水平较低,证明了改进评价标准在高层结构风振可靠度计算方面更加有效与可靠。
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