广州中信广场台风特性和结构响应同步监测研究.pdfVIP

第十二届全国结构风工程学术会议论文集 广州中信广场台风特性与结构响应同步监测研究 李秋胜1 吴玖荣1 傅继阳2 陈麓3 肖仪清4 李正农5 杨志勇6 (1香港城市大学建筑系2暨南大学力学与土木工程系3熊谷蚬壳发展广州有限公司 4哈尔滨工业大学深圳研究生院 5湖南大学土木工程学院6武汉理工大学土木工程与建筑学院) 摘要本文通过对广州中信广场受台风迭维影响下，其风场特性与结构风振响应现场同步监测数据的分析， 获得了其风场特性、结构动力特性以及风致结构振动响应等相关结果。本文研究结果验证了湍流强度随平均风速增 Karman谱。通 大而减小、阵风因子随湍流强度增大而增大等规律，且实测的顺风向与侧风向脉动风速谱均符合Von 过对中信广场在风向角接近90度时结构加速度响应与平均风速关系分析，显示此结构顶部风速处于低中风速范围时， 其横风向响应已接近于顺风向响应。同时根据风栽作用下加速度数据的分析，本文对其结构动力特性(频率及阻尼比) 进行了辨识，用随机减量方法求得结构在两个主轴方向的第一振型阻尼比与振幅的非线性关系。 关键词结构风效应、风特性、风致结构振动、现场实测、动力特性 1．引 言 随着轻质高强材料的广泛应用，现代高层建筑正朝着越来越高、越来越柔的方向发展，因此此 类结构基本自振周期越来越长、自身阻尼越来越小，结构风敏感性也越来越大。我国高层建筑设计 规范规定，对于超过一定高度及特殊体型的高层建筑结构，其风荷载必须经过风洞试验确定。虽然 风洞试验已经广泛用于高层建筑结构的风荷载和风响应估计，但是由于模型的尺寸效应和边界层风 场模拟的限制，风洞实验结果有时并不一定能完全准确地模拟结构的风效应。而上述不足之处可以 通过对结构进行现场测试加以弥补。另外风洞实验的结果准确性如何，亦可以通过对结构所处风场 和结构风效应的现场同步实测结果加以验证。一些风工程研究发达的国家已经建立了本地区的风特 性数据库，美国、日本等近些年来进行的大规模观测工作也得到了比较完整的分析结果。即便是这 样，超高层建筑结构与风效应观测的可靠数据还是较少¨，我国的风特性现场实测研究相对较晚， 但已经有了一些研究成果孙。然而，沿海地区的强风特性的实测资料还比较欠缺，而且一般都是对 于近地强风特性的观测，对于城市上空强风特性的观测研究还比较少，对于高层建筑风场特性与结 构风效应同步实测方面的研究则更加缺乏。因此建立和积累此类数据库，对高层建筑抗风设计具有 十分重要的意义。为此我们选择了广州中信广场作为实测对象，进行高层建筑风场特性与结构风效 应同步监测的研究工作。旨在获取城市上空高层建筑所处风场的平均风速、风方向、湍流强度、阵 风因子、湍流积分长度和风速谱等风特性，通过现场实测取得被测建筑物的结构动力特征，以及分 析不同风速和风向角下的结构风振响应，为高层建筑抗风设计提供有用依据和宝贵资料。 2． 中信广场及其现场实测设备简介 中信广‘场位于广州市天河北路以北，主塔楼为办公楼80层，结构总高度为322．5m，加上顶层 60m高的避雷塔，主塔楼地面以上高度达382．5m，现为国内第二高建筑，其外观如图la所示。中 信厂1场主楼采用钢筋混凝土筒中筒结构，并在第25、44和65层处设置加强梁，使之成为-an强层， 主塔楼结构的平面布置为正方形，边长46．8m。结构高宽比达到6．9，超过现行结构规范规定的标准。 高层建筑的风特性与结构响应监测主要是连续监测建筑物顶部的风速、风方向以及结构的加速 度振动响应等。为此一般采用风速仪和加速度传感器，以及相应的数据采集设备。在中信广场中， 81000V型超声风速仪，同时采用了中国地震局工程力学研究所开发的超低频振动 我们选择了Young 测量99．1型拾振器，以监测中信广场在强风作用下主体办公楼结构的风场和加速度响应。数据采集 系统采用东华测试技术开发有限公司研制的DH一5937测试数据采集系统。两个99—1型超低频测振仪 设置在主塔楼结构顶部(第76层)，沿着结构两主轴方向正交布置，以测量建筑两主轴方向的加速度， 加速度传感器的布置如图lb所示。为了测量结构顶部的风场特性，在办公楼东塔楼屋顶的桅杆上安 81000V型三维风速风向传感器，如图1c所示。整套测试数据