【摘要】：20世紀以來,高層建筑的發(fā)展成為必然,社會發(fā)展的需求、科學(xué)技術(shù)的支持、資源環(huán)境與空間的思考促成了高層建筑的蓬勃發(fā)展。高層建筑因其體量和高度的強勢,功能的密集,在設(shè)計與技術(shù)上具有很高的要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,風(fēng)荷載取代地震荷載成為高層建筑設(shè)計的控制因素,如何有效減小建筑表面風(fēng)荷載是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的關(guān)鍵。本文的組合氣動控制是指綜合運用被動氣動控制和主動吸氣控制手段的一種新型的氣動控制方法,其通過改變建筑外形并結(jié)合外界的輔助能量來改變建筑周圍的流場,實現(xiàn)減小建筑表面風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的目的。針對目前該方法仍停留在CFD數(shù)值模擬和試驗相互驗證的階段,沒有合適的理論定量分析吸氣控制下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),本文從高層建筑響應(yīng)角度研究組合氣動控制效果,主要研究內(nèi)容有以下三個方面:1、基于組合氣動控制下5類模型(方形吸氣、方形凹角吸氣、方形切角吸氣、Y形吸氣和方形錐臺吸氣)的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù),運用ANSYS有限元軟件采用Newmark-β法完成了5類模型的風(fēng)振響應(yīng)分析,從高層建筑結(jié)構(gòu)頂部位移和加速度響應(yīng)的角度,分析了不同組合氣動控制效果。在此基礎(chǔ)上,考慮了結(jié)構(gòu)頻率、阻尼比和振型等結(jié)構(gòu)參數(shù)對組合氣動控制效果的影響,并給出了組合氣動控制下高層建筑結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù),為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計方法和工程應(yīng)用提供參考。2、在分析組合氣動控制下各層風(fēng)荷載頻域特性的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)并建立了適用于組合氣動控制的精細化層風(fēng)力系數(shù)譜模型,該譜模型融合了層豎向相干函數(shù)、層風(fēng)力系數(shù)均方根、層水平相干函數(shù)和形狀參數(shù),考慮了吸氣流量系數(shù)C_Q、高度和外形的影響,能較好的反映組合氣動控制下高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載在時間和空間上的關(guān)系。通過比較高層建筑精細化譜模型與時域分析響應(yīng)計算結(jié)果的差異,評價了譜模型的適用性和精度。3、運用ISIGHT和Fluent聯(lián)合仿真的方法,采用Evol進化算法,基于SST k-ω湍流模型,完成了對方形模型截面和立面最優(yōu)吸氣孔位置和最優(yōu)吸氣速度的優(yōu)化,分析了組合氣動控制機理,給出了方形模型最優(yōu)吸氣控制策略,為組合氣動控制下高層建筑模型進一步的優(yōu)化設(shè)計和實際工程的運用提供參考和依據(jù)。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文三個方面[2][3]：結(jié)構(gòu)措施、阻尼措施、氣動控制(圖 1-2)。1、結(jié)構(gòu)措施：增加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式[4][5]；2、阻尼措施：添加耗能元件(速度相關(guān)型、調(diào)諧吸振型等)[6]；3、氣動控制：氣動外形的調(diào)整、主動氣動控制手段[7][8]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文一采用被動氣動控制或者結(jié)構(gòu)被動的耗能減振措施，雖然具有較好的可靠性成本較低，但是其控制效果單一，針對特定頻率極端風(fēng)場下的控制效果并不明顯；而單一采用主動氣動控制雖然靈活性較高，，但因其穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)性問題，使得實際應(yīng)用很困難。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU973.213

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本文編號：2621811