高层建筑结构抗风设计.ppt
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- 高层建筑 结构 设计
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1、第五章第五章 高层建筑结构抗风设计高层建筑结构抗风设计 主要主要讨论高层建筑结构顺风向静动讨论高层建筑结构顺风向静动力风荷载的计算,采用前面所述风振动力风荷载的计算,采用前面所述风振动力分析的原理和方法,即按风振随机振力分析的原理和方法,即按风振随机振动的振型分解法,且一般只考虑第一振动的振型分解法,且一般只考虑第一振型的影响型的影响5.1 5.1 高层建筑结构的振型和频率高层建筑结构的振型和频率 一、高层结构的变形特征 高层建筑的结构型式通常有剪力墙、框架、框剪结构、筒中筒结构等。剪力墙结构的变形形式一般如图5-1(a)所示,所以可以归并在弯曲型类型中。框架结构由于楼面在平面内刚度极强,它的
2、变形一般如图5-1(b)所示,它类似于剪切型的变形形式。框剪结构的变形形式一般如图5-1(c)所示,它由于剪力墙的弯曲型和框架的剪切型的协同作用而呈弯剪型的型式。图5-1 高层建筑结构的变形自由振动平衡方程:二、按无限自由度体系计算设偏微分方程的解为:代入上式得:1.弯曲型展开得:第一式的解为:第二式按数学物理理方程求解方法求解图5-2 等截面悬臂弯曲型结构前三阶振型和频率2.剪切型自由振动平衡方程:式中 为截面剪切形状系数由此得到振型方程的解为由悬壁结构边界条件:得到频率方程为图5-3 等截面悬臂剪切型结构前三阶振型和频率3.弯剪型剪力墙只考虑弯曲变形,框架作为连续体考虑剪切变形令:代入前式
3、得:二、按有限元计算自由振动方程:自由振动是简谐振动,故可设:代入自由振动方程得:上述有非零解的条件为:三、按能量法计算(瑞利法)能量法以能量守恒定律为依据,任一时刻总能量为常数。当体系在振动中达到幅值时,速度为零从而动能为零,而此时变形能达到最大值。当体系经过平衡位置时,其速度最大,而变形为零,从而动能到达最大值由此得到:设:则有:则有:当为有限自由度体系时:如果y(z)正好是某个振型曲线,各式将得出精确解。实际上计算时并未知道真正的y(z),因此可近似假设振型曲线进行计算,此时得出的频率亦为近似值。计算表明,如果假定振型曲线满足边界条件,则第1频率精确度非常高,以后频率逐渐精度下降。因此能
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