高层建筑结构特点论文提纲

论文题目：台风作用下高层建筑的风场和风效应原型实测研究

摘要：台风是影响人类社会最大的自然灾害之一,台风引起的建筑及道桥等结构的风损、风毁是造成人类社会人员及财产损失的重要原因。随着中国经济的快速发展和城市化进程的加速,高柔、小阻尼、风敏感为其主要结构特点的高层建筑海量增加,风荷载和风致响应作为高层建筑结构工程安全性和使用性的主要控制因素,成为了抗风设计的关键指标,也已成为风工程研究的重要方向。本文的研究目标是在高层建筑的原型实测和试验数据分析方面取得新进展,进一步获取沿海地区高层建筑在台风条件下的风场特性及其结构振动响应特征规律。基于在台风下高层建筑的风场和风效应原型实测的对比研究和理论分析,深化对高层建筑结构的动力特性、风致响应特征的认识。本论文应用的主要研究方法是在实地调研的基础上进行原型实测和理论分析。本文主要以国家自然科学基金项目为依托,开展了在台风下的风场和既有高层建筑风效应原型实测研究工作,具体内容为:首先,介绍了高层建筑风场和风致响应研究的国内外研究现状与进展,简要阐述了大气边界层的风特性基础理论和统计分析方法。其次,开展了在浙江省温州市等沿海地区的风场及风效应实测工作,得到了高层建筑台风风场及风效应实测数据,分析了沿海地区城市风环境下高层建筑顶部台风风场的平均风速及风向角、湍流强度、阵风因子、峰值因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱等风场特性。得出了台风登陆前后过程中的高空风场特性及其变化规律,同时进行了不同台风下高层建筑风场湍流特征与规律的对比分析。第三,基于2009年台风“莫拉克”影响期间观测获得的数据,进一步分析了苍南县不同风环境下100m高度内的风场特性,获得了风场参数随高度变化的规律。第四,基于高层建筑在多次台风下风场及风致振动的实测数据,分析了建筑结构的频率、振型、阻尼比等模态参数特性,频率、振型曲线与规范比较接近,振型阻尼比却相差较大。根据本文结构阻尼比的计算假设,深入分析了建筑结构阻尼比随频率的变化规律,实证了依据频率计算结构阻尼比的经验公式有效性。第五,根据建筑结构风场的分布特性及建筑结构与来流的流固耦合效应,重点探讨了气动阻尼比随折减风速、结构振动加速度、速度变化的部分关系规律,并在不同台风下对气动阻尼比及其影响因素进行了相关性的综合对比研究。本文根据我国东南沿海不同台风下不同地理环境上原型实测研究获得的风场特性和高层建筑风效应特征,为本地区高层建筑的抗风设计提供科学依据和理论参考。

关键词：高层建筑;台风;阻尼;风剖面;现场实测

学科专业：结构工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 目的及意义

1.2 高层建筑风场和风致响应现场实测的研究现状

1.3 研究方法

1.3.1 实地调研

1.3.2 原型实测

1.3.3 理论分析

1.4 本文研究内容

1.5 本文的特色与创新点

1.6 本文的研究线路

第2章 风特性基础理论

2.1 引言

2.1.1 基本风速

2.1.2 平均风速

2.1.3 强台风特性研究

2.2 研究方法

2.2.1 风速、风向（风剖面）

2.2.2 湍流强度、阵风因子和峰值因子

2.2.3 湍流积分尺度

2.2.4 脉动风速功率谱

2.3 本章小结

第3章 台风菲特影响下的高层建筑风场特性实测分析

3.1 引言

3.2 台风“菲特”及风速实测概况

3.3 实测脉动风特性分析

3.3.1 平均风速和风向

3.3.2 湍流强度、阵风因子和峰值因子与平均风速关系

3.3.3 脉动风各参数的相互关系

3.3.4 脉动风参数与阵风持续时间的关系

3.3.5 湍流积分尺度

3.3.6 脉动风速功率谱密度函数

3.4 本章小结

第4章 高层建筑不同台风下风场特性对比分析

4.1 引言

4.2 台风简介和实测概况

4.2.1 台风简介

4.2.2 实测过程

4.2.3 研究方法

4.3 平均风特性对比分析

4.3.1 风速、风向（风剖面）

4.3.2 不同时距平均风速

4.4 湍流度对比分析

4.4.1 湍流度

4.4.2 湍流度与平均风速

4.5 阵风因子对比分析

4.5.1 阵风因子

4.5.2 阵风因子与平均风速

4.5.3 阵风因子与峰值因子

4.5.4 阵风因子与湍流度

4.5.5 阵风因子与峰值因子和湍流度乘积

4.6 峰值因子对比分析

4.6.1 峰值因子

4.6.2 峰值因子与平均风速

4.6.3 峰值因子与湍流度

4.7 湍流积分尺度对比分析

4.7.1 湍流积分尺度

4.7.2 湍流积分尺度与平均风速

4.7.3 湍流积分尺度与湍流度

4.8 风速功率谱对比分析

4.9 本章小结

第5章 沿海100米测风塔风特性实测分析

5.1 引言

5.2 苍南县霞关测风塔简介

5.3 风场特性分析

5.3.1 实测瞬时风场分析

5.3.2 平均风速、风向角

5.3.3 湍流度剖面

5.3.4 阵风因子剖面

5.3.5 湍流功率谱密度函数

5.3.6 湍流积分尺度

5.4 结论

第6章 环境激励下的高层建筑结构模态参数实测研究

6.1 引言

6.1.1 基本理论

6.1.2 土木工程结构模态参数识别

6.2 研究方法

6.2.1 频域识别方法

6.2.2 时域识别方法

6.3 实测过程简介

6.3.1 台风“灿鸿”和“杜鹃”概况

6.3.2 实测系统

6.3.3 台风特性

6.4 建筑结构的模态参数识别理论

6.4.1 振型频率分析

6.4.2 振型分析

6.4.3 振型阻尼比分析

6.5 振型频率、振型和振型阻尼比实测结果分析

6.6 振型结构阻尼比的识别

6.6.1 振型结构阻尼比的基本假定

6.6.2 Caughey阻尼模型

6.7 本章小结

第7章 台风“灿鸿”和“杜鹃”影响下建筑结构的气动阻尼特性实测分析

7.1 引言

7.2 研究理论及方法

7.2.1 经验模态分解（EMD）

7.2.2 特征系统实现算法（ERA）

7.2.3 自然激励技术（NEx T）

7.2.4 时间序列自回归预测模型（AR）

7.3 实验楼概况及实测系统简介

7.4 气动阻尼比与折减风速

7.4.1 气动阻尼比

7.4.2 折减风速

7.5 本章小结

第8章 台风下高层建筑气动阻尼比综合对比分析

8.1 引言

8.2 原型实测及理论方法

8.2.1 台风简介与实测过程

8.2.2 理论方法

8.3 风致振动分析

8.3.1 结构速度的均方根与平均风速

8.3.2 结构加速度的均方根与平均风速

8.3.3 舒适度

8.4 气动阻尼比

8.4.1 气动阻尼比特性分析

8.4.2 研究方法的比较

8.4.3 气动阻尼比与折减风速

8.4.4 气动阻尼比和结构加速度均方根与幅值比值

8.4.5 气动阻尼比和结构速度均方根与幅值比值

8.4.6 气动阻尼比与结构加速度功率谱幅值

8.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢