[发明专利]一种高层建筑结构振动控制优化方法

说明书

本发明专利公开一种高层建筑结构振动控制优化方法，首先振动响应分析,通过提升结构抗力、加强结构外形设计、施加阻尼器附属减隔震装置，确保结构响应最大值大于等于结构响应设计值，实现振动响应控制；其次共振分析，考虑结构杆件冗余度及约束条件优化结构固有频率，使结构固有频率ω远离外部激励荷载频率θ，即或实现结构与外部作用荷载共振控制；然后鞭梢效应分析，考虑结构杆件冗余度及约束条件优化顶部附属设施振动频率，以免顶部附属设施鞭梢效应诱发结构产生次级共振，实现结构与顶部附属设施次级共振控制；本发明考虑高层建筑的共振问题及顶部附属装置鞭梢效应问题，是对已有振动响应控制的高层建筑振动控制一般性方法的补充和完善。

技术领域

本发明涉及高层建筑结构振动控制领域，具体涉及一种高层建筑结构振动控制优化方法。

背景技术

当前，我国城市化进程不断加快，对高层建筑甚至超高层建筑的需求越来越大，然而高层建筑结构大幅振动问题仍时有发生，此类现象往往伴随着人群恐慌，造成不良的社会影响，同时也增加了人们对高层建筑大量修建的担忧，如2021年5月18日深圳市赛格大厦(图1、图2，大厦总高355.8米，总建筑层79层，地上75层，地下4层)振动事件，商户在35楼、55楼、60楼多个楼层感受到晃动，房间内落地电风扇设施有明显摇晃，虽未造成人员财务损失，但相关视频在互联网迅速传播并成为热搜，事后调查发现大厦顶部楼板及桅杆连接点累积损伤使结构频率、阻尼比特性改变，导致桅杆(天线)和大厦产生共振。

高层建筑结构振动问题由来已久，理论研究主要包括振动响应、共振及鞭梢效应三个部分，然而实际工程中人们通常会采取改善结构外形、提高结构较高抗力、施加阻尼器附属减隔震装置措施，致力于结构振动响应控制(减小结构最大振幅值)，使其满足设计要求。针对结构更深层次的共振问题，尤其是高层建筑顶部附属设施(顶部水塔、桅杆、通信装置)潜在的鞭梢效应问题，尚无成熟方案可循，其决策水平也因此有待进一步提升。

因此，本发明在已有致力于振动响应控制的高层建筑结构振动控制一般性方法的基础上，考虑高层建筑更深层次的共振问题及顶部附属装置鞭梢效应问题，进一步提出高层建筑结构振动控制优化方法，对实施更有针对性的设计、维护、管理十分必要。

发明内容

本发明目的是为进一步实施高层建筑结构科学设计、维护及管理决策，解决已有建筑结构振动控制一般性方法存在的仅片面考虑振动响应控制、忽略共振及次级共振控制问题，提出一种高层建筑结构振动控制优化方法，即在已有致力于振动响应控制的高层建筑结构振动控制一般性方法的基础上，还需使结构固有频率远离常见外部激励荷载作用频率及顶部附属设施振动频率，避免共振或由顶部附属设施鞭梢效应诱发的次级共振。

现有的实际工程中致力于结构振动响应控制的高层建筑振动控制一般性方法。

(1)提升结构抗力。令R_max表示结构在外部激励荷载(地震荷载、风荷载)作用下的振动响应，可取结构应力响应、结构位移响应，即R_max表示结构在外部激励荷载(地震荷载、风荷载)作用下的最大响应值，当结构在初步设计时，若有R_max≥R_design，此时结构不安全。需要采取措施，可增加结构杆件截面面积、增大配筋，以增加结构抗力，最终使R_max≤R_design，确保结构安全。

(2)加强结构外形设计。考虑风荷载作用，令λ表示结构断面风阻系数，当数值模拟或风洞试验结果显示，若结构此时存在R_max≥R_design，则需要进步完善结构杆件外形，可采用偏平截面，必要时需要增设风道，务必降低风荷载的影响，使R_max≤R_design，确保结构安全。