摘 要

随着建筑材料科技的不断发展，现代超高层建筑逐渐朝着更高，更柔的方向发展，导致了结构基本自振周期变长，结构本身的阻尼比变小，其动力敏感性也变的更大。风荷载是建筑物主要承受的荷载之一，所以就有必要对于高层及超高层建筑在台风及强台风作用下的动力响应以及高层及超高层建筑本身的动力特性开展研究。

本文分别以广州中信广场主楼（高391M，共80层）以及台北101大厦（高508M，共101层）为背景建立了实时监测系统，对这两座建筑在几次台风作用下的实测加速度数据进行了统计收集与分析，识别了结构的自振频率，不仅利用结构在强台风作用下的加速度与位移响应数据评估了结构动力特性，验证了已有经验公式的适用性，而且通过随机减量法（RDT法）评估了结构阻尼比随着振幅的非线性变化特征。

本文运用现场实测与理论分析的手段研究了超高层建筑在强台风作用下的动力特性，为将来的超高层建筑设计工作提供资料与依据

关键词：超高层建筑 现场实测 自振频率 阻尼比

Abstract

With the continuous development of building materials science and technology, modern super high-rise buildings are gradually moving towards a higher and more flexible direction, leading to a longer period of basic structural natural vibration, a smaller damping ratio of the structure itself, and a change in its dynamic sensitivity. Bigger. Wind load is one of the main loads on the building. Therefore, it is necessary to study the dynamic response of high-rise and super-tall buildings under the action of typhoon and strong typhoon and the dynamic characteristics of high-rise and super-tall buildings themselves.

This article sets up a real-time monitoring system based on the main building of Guangzhou CITIC Plaza (391m high, 80 floors in total) and Taipei 101 Building (508m high, 101 floors in total), and measured acceleration data of these two buildings under several typhoons. Statistics were collected and analyzed, and the structure's natural frequency was identified. The dynamic characteristics of the structure were evaluated not only by the acceleration and displacement response data of the structure under strong typhoon, but also the applicability of the existing empirical formulae was verified, and random decrement was performed. The method (RDT method) evaluates the characteristics of nonlinear changes of the structural damping ratio with amplitude.

This article uses the field measurement and theoretical analysis to study the dynamic characteristics of super high-rise buildings under strong typhoon and provide data and basis for future high-rise building design work.

The keywords: super high-rise buildings; field measurement; natural frequency; damping ratio.

目录

学位论文原创性声明 2

学位论文版权使用授权书 3

摘要 4

Abstract 5

第一章.绪论 7

1.1课题背景 7

1.2国内外对于超高层建筑在强台风作用下动力特性的研究 8

1.3本文研究目的 8

第二章 实测概况与实测所用主要仪器设备介绍 9

2.1实测概况 9

2.2实测所需主要仪器介绍 10

2.2.1Young 05106型机械风速仪 10

2.2.2Young 81000V型超声风速仪 11

2.2.3 99-1型超低频测振仪 12

2.2.4 DH5937动态应变测试系统 12

2.3模态参数识别技术 13

2.3.1功率谱峰值法（PP法） 13

2.3.2随机减量法（RDT法） 13

2.4中信广场主楼实测台风基本情况介绍 15

2.5中信广场主楼的动力特性 15

2.5.1结构自振频率 15

2.5.2结构阻尼特性 16

2.6小结 18

第三章 台北101大楼的动力特性现场实测与分析 18

3.1实测概况 18

3.2台北101大楼的动力特性 20

3.2.1台北101大楼的自振频率 20

3.2.2台北101大厦的结构阻尼比 22

3.3小结 24

第四章 通过此次现场实测所得出结论以及展望 25

1.本文的研究结论 25

2.未来的研究方向 26

参考文献 27

第一章.绪论

1.1课题背景

近年来随着建筑材料与设计理念的不断进步，世界各地高层建筑越来越多并且高度不断突破，例如现今世界第一高层建筑哈利法塔（828M），第二高层建筑上海中心大厦（632M）等。根据国内外统计数据，风灾是损失最为严重的几种自然灾害之一。气象学中把平均风速在六级或以上（风速10.8m/s ），瞬间风力在八级或以上（风速17.8m/s ）和对生活生产造成造成严重影响的风叫做大风。大风除去有时会造成较少人口伤亡，失踪外。主要破坏车辆·房屋·树木·船舶·农作物以及电力设施，通讯设施等等。大风等级一般通过蒲福风力等级标准把风力划分为0-12级。而风灾灾害等级通常分为三个等级：1.一般大风，相当于六到八级大风，主要对农作物造成破坏，一般不会对工程设施造成损坏。2.较强大风，相当于九到十一级大风，除了会对林木与农作物造成破坏外，对工程设施可以造成不同程度的损坏。3.特强大风：相当于十二级以及十二级以上大风，除了可以损坏林木与农作物外，还可以对工程设施与车辆船舶等造成严重破坏。并且可以严重威胁到人员的生命安全。在近年来全球风灾不断发生的情况下，虽然没有发生超高层建筑由于风荷载作用倒塌的现象，但是大楼围护结构被严重破坏，建筑在整个台风过程中风致振动过大的现象却时有发生。风灾已经在全球范围内造成了巨大的经济损失，在这种情况下，对于建筑风荷载的要求自然也越来越高。

风荷载是建筑物主要荷载之一。与地震荷载相比，虽然强度不如地震荷载，但是建筑受到风荷载影响的次数却比地震多。近年随着全球温室气体的排放全球气候也日趋变暖，使得极端气候也时有发生，台风，飓风等灾害性强风天气发生的概率也不断增大，而我国的高层建筑与超高层建筑多集中于沿海城市。同时由于建筑结构高度不断增加，结构体系的愈加复杂，在这种情况下，对于高层建筑的风荷载的计算与高层建筑的动力特性分析就越来越重要，可以为高层建筑与超高层建筑的结构设计提供重要的参数和依据。

1.2国内外对于超高层建筑在强台风作用下动力特性的研究

总的来说，风工程的研究国外起步相对较早，在上世纪五十年代国外就已经开展了大量比较全面的实测研究工作，其中包括了世界各地高层建筑与超高层建筑的动力特性实测研究与分析工作。而我国关于这一方面的实测研究大约在上世纪70年代至80年代左右才开始。

在1889年，当时坐落于法国塞纳尔河畔的埃菲尔铁塔完工，结构总高度达到了300M，占据了世界第一高建筑的位置长达45年。它的设计者Gustave Eiffel为了验证在设计时对塔身风荷载做出的假设，在埃菲尔铁塔塔顶安置了风速计用以观测风速，并且对埃菲尔铁塔塔顶在风的作用下的位移响应进行了记录，与一定风速下的塔顶的设计位移进行了比对，结果表明在实际风速大于设计风速时，塔顶的实际位移要远小于设计位移，这一点说明了当时在建筑风荷载的计算上在设计时是偏于保守的。日本学者Momomura.et al.在1991年至1993年间在某多山地带实测了输电塔顶风速与风振响应，在风速不大于25M/S的情况下，风向对风特性有着很大的影响。输电导线的气动阻尼对于整个系统的总阻尼有着重要的影响。Tamura et al.实测了钢桁架高塔在强风作用下的风致振动响应，并且使用随机减量法（RDT法）识别了结构的自振频率与结构的阻尼比，详细分析了结构的非线性阻尼特性。Li.et al.在2003至2008年间分别在香港中心大楼（350M）、深圳地王大厦（384M）、广州中信广场大楼（391M）、香港国际金融中心二期（415.8M）以及上海金茂大厦（421M）利用监测系统实测收集了台风经过时结构顶部的风速数据以及结构顶部的加速度数据，分析了平均风与脉动风的特性，并且使用了随机减量法（RDT法）分析了结构阻尼比随结构振幅变化的非线性特性，实测的结果与风洞实验的结果较为吻合。李杰等在2006年在华东某地区安装了强风风场观测台阵，在2007年9月中旬捕捉到了台风“韦帕”，基于输电塔的振动数据使用希尔伯特-黄变换（HHT法）识别了输电塔的自振频率和阻尼比。研究表明，希尔伯特-黄变换（HHT法）比快速傅里叶变换（FFT法）更加有优越性。湖南大学李正农等使用互联网建立了多个地区风场与建筑结构风致响应的实时监测系统，并且对我国沿海地区的建筑进行了较为系统的足尺研究，为建筑结构抗风的实测提出了新的研究思路，并且深化了对结构风振响应与台风风场的认知。

1.3本文研究目的

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