施天翼　鄒良浩　梁樞果

摘???要：基于可設(shè)定振動(dòng)頻率和振幅的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)裝置，采用同步測(cè)試風(fēng)洞試驗(yàn)方法，測(cè)試了不同試驗(yàn)風(fēng)速和扭轉(zhuǎn)振幅情況下高層建筑模型表1面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓時(shí)程與結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移時(shí)程.?推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)識(shí)別方法，并進(jìn)行不同風(fēng)速、不同振幅和不同剛度偏心情況下的矩形高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣彈效應(yīng)的評(píng)估.?結(jié)果表1明：高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度可以忽略不計(jì);扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼對(duì)高層建筑響應(yīng)的影響應(yīng)予以考慮，尤其是當(dāng)風(fēng)速達(dá)到臨界值時(shí)，氣動(dòng)阻尼迅速下降，產(chǎn)生負(fù)氣動(dòng)阻尼.

關(guān)鍵詞：高層建筑;風(fēng)洞試驗(yàn);強(qiáng)迫振動(dòng);氣彈效應(yīng)

中圖分類號(hào)：?TU311.3???????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Torsional?Aero-elastic?Effects?of?High-rise

Buildings?Based?on?Forced?Vibration

SHI?Tianyi，ZOU?Lianghao？，LIANG?Shuguo

（Engineering?Research?Center?of?Urban?Disasters?Prevention?and?Fire?Rescue?Technology?of?Hubei?Province，

School?of?Civil?Engineering，Wuhan?University，Wuhan?430072，China）

Abstract：Based?on?torsional?motion-induced?device?with?programmable?vibration?frequency?and?amplitude，the?time?history?of?wind?pressure?and?displacement?for?each?measurement?point?on?the?high-rise?building?model?surface?was?measured?by?synchronous?multi-pressure?sensing?system?in?wind?tunnel?test.?The?identification?method?of?structure?torsional?aero-elastic?effect?was?derived.?The?torsional?aero-elastic?effects?of?rectangular?high-rise?buildings?with?different?wind?speeds，amplitudes?and?stiffness?eccentricities?were?evaluated.?The?test?results?show?that?the?torsional?aerodynamic?stiffness?is?negligible，but?the?torsional?aerodynamic?damping?should?be?taken?into?consideration.?Especially，when?the?wind?speed?reaches?the?critical?wind?speed，aerodynamic?damping?decreases?rapidly?and?comes?into?negative?aerodynamic?damping.

Key?words：high-rise?building;wind?tunnel?test;forced?vibration;aero-elastic?effect

大量研究表1明，對(duì)于超高層建筑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素往往為其上部居住者的舒適度[1-2]，即風(fēng)致加速度響應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的前提.?隨著高層建筑向千米級(jí)發(fā)展，其基階頻率更接近風(fēng)荷載，響應(yīng)隨之增大，風(fēng)與結(jié)構(gòu)的耦合作用更為顯著.?對(duì)于高層建筑這種小阻尼結(jié)構(gòu)體系，其風(fēng)致響應(yīng)對(duì)阻尼十分敏感[3-4].?為準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的計(jì)算，其氣彈效應(yīng)的準(zhǔn)確評(píng)估至關(guān)重要.?結(jié)構(gòu)氣彈效應(yīng)包括氣動(dòng)剛度和氣動(dòng)阻尼[5]，氣動(dòng)阻尼不僅有正氣動(dòng)阻尼還有負(fù)氣動(dòng)阻尼，忽略正氣動(dòng)阻尼會(huì)使得計(jì)算結(jié)果偏于保守，而負(fù)氣動(dòng)阻尼使得結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)顯著增加，忽略此部分會(huì)使得結(jié)構(gòu)偏于危險(xiǎn).?結(jié)構(gòu)氣動(dòng)剛度直接影響結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率，尤其是負(fù)的氣動(dòng)剛度，使得結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率降低，并使得結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載更為敏感[6].

目前，常用于結(jié)構(gòu)氣彈效應(yīng)，特別是氣動(dòng)阻尼評(píng)估的風(fēng)洞試驗(yàn)方法主要有氣彈模型和強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)方法.?氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)方法基于氣彈模型試驗(yàn)測(cè)試得到的結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)，采用參數(shù)識(shí)別方法進(jìn)行氣彈效應(yīng)評(píng)估.?該方法模型制作復(fù)雜，各參數(shù)識(shí)別方法評(píng)估結(jié)果較離散[7-9].強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)方法通過設(shè)定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率與振幅，可以得到穩(wěn)定可靠的氣彈效應(yīng)評(píng)估結(jié)果，因而被廣泛應(yīng)用.

超高層建筑在脈動(dòng)風(fēng)作用下產(chǎn)生順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向三維振動(dòng)，各軸向均存在氣彈效應(yīng).?基于氣彈模型和強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)方法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)結(jié)構(gòu)順風(fēng)向和橫風(fēng)向氣彈效應(yīng)進(jìn)行了大量研究[10-14]，并進(jìn)入工程實(shí)用階段，但是，對(duì)扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)的研究卻較少.?已有研究表1明，扭轉(zhuǎn)響應(yīng)對(duì)高層建筑角點(diǎn)加速度響應(yīng)的貢獻(xiàn)不可忽視[2，15].?特別是對(duì)于剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì)心不重合的高層建筑，扭轉(zhuǎn)向風(fēng)致響應(yīng)與順風(fēng)向、橫風(fēng)向風(fēng)致響應(yīng)相互耦合，扭轉(zhuǎn)向響應(yīng)對(duì)

總響應(yīng)的貢獻(xiàn)更為顯著[16-17].?Katsumura?和Katagiri

等[18-19]根據(jù)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行了長(zhǎng)寬比為2?∶?1的矩形建筑橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向氣彈效應(yīng)評(píng)估.?在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制作了一種扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)裝置進(jìn)行相同長(zhǎng)寬比模型扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)評(píng)估，通過比較兩者結(jié)果，證實(shí)了該強(qiáng)迫振動(dòng)方法的可靠性，但上述研究中結(jié)構(gòu)體型較少，無法得到詳細(xì)的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)信息.?鄒良浩等[12]基于隨機(jī)減量技術(shù)對(duì)長(zhǎng)寬比為1?∶?2和2?∶?1的高層建筑的橫風(fēng)向、順風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼進(jìn)行評(píng)估，但試驗(yàn)風(fēng)速不夠全面.?此后，湯懷強(qiáng)等[20]基于扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)裝置分析了矩形截面高層建筑三維風(fēng)荷載的定性變化規(guī)律.?以上分析表1明，扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)方面的研究成果并不全面，因此有必要系統(tǒng)地進(jìn)行不同長(zhǎng)寬比和偏心情況的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)氣彈效應(yīng)研究.

本文采用湯懷強(qiáng)等[20]設(shè)計(jì)制作的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)裝置，基于同步測(cè)試風(fēng)洞試驗(yàn)方法得到不同長(zhǎng)寬比、偏心率的結(jié)構(gòu)模型表1面風(fēng)壓時(shí)程與結(jié)構(gòu)位移時(shí)程，進(jìn)行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度和氣動(dòng)阻尼的評(píng)估，并分析了不同風(fēng)速、不同振幅、不同剛度偏心和不同長(zhǎng)寬比的矩形高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度和氣動(dòng)阻尼的變化規(guī)律.

1???風(fēng)洞試驗(yàn)

本次風(fēng)洞試驗(yàn)在武漢大學(xué)WD-1邊界層風(fēng)洞（3.2?m寬×2.1?m高×16?m長(zhǎng)）完成，地面粗糙度為C類，其平均風(fēng)速剖面、湍流度剖面和風(fēng)速譜分別如圖1和圖2所示.?風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ凸灿?種，均為矩形截面模型，模型尺寸及偏心情況見表11，偏心及風(fēng)向角如圖3所示.?強(qiáng)迫振動(dòng)裝置與模型相連接的桿件即為轉(zhuǎn)動(dòng)的剛度中心，通過改變桿件的位置改變剛度中心，偏心距e為幾何中心與剛度中心之間的距離，偏心率為偏心距與偏心方向邊長(zhǎng)之比.?模型幾何縮尺比均為1/400，模擬360?m高的矩形截面高層建筑.?模型表1面布置6層測(cè)點(diǎn)，每層32個(gè)測(cè)點(diǎn)，共192個(gè)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D4所示.

Vz?/VH

模型扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率和振幅通過強(qiáng)迫振動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)，其基本思路是采用電機(jī)帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)偏心輪的偏心距離與轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)按固定的振幅與頻率進(jìn)行正弦振動(dòng)，圖5所示為強(qiáng)迫振動(dòng)裝置.

表1面風(fēng)壓測(cè)試采用美國(guó)PSI公司DTCnet電子式壓力掃描閥系統(tǒng)，采樣頻率為331?Hz，采樣時(shí)間為120?s.?模型振動(dòng)位移采用日本Keyence公司生產(chǎn)的LK-G400激光位移計(jì)測(cè)量，通過兩個(gè)激光位移計(jì)測(cè)試模型邊緣位移，可以計(jì)算得到模型繞剛心的轉(zhuǎn)角：

φ?=?·.?????（1）

式中：x1、x2分別為激光位移計(jì)測(cè)得的位移;D12為測(cè)點(diǎn)之間的距離.?圖6所示為風(fēng)速為9?m/s時(shí)模型2扭轉(zhuǎn)角度時(shí)程曲線.?試驗(yàn)時(shí)模型扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率f定為6?Hz，扭轉(zhuǎn)振幅分別采用2°、4?°、6°和8°.?模型頂部試驗(yàn)風(fēng)速范圍為3～15?m/s，由澳大利亞TFI公司生產(chǎn)的Cobra?Probe?100眼鏡蛇三維脈動(dòng)風(fēng)速探頭測(cè)得.?需要指出的是，在進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)識(shí)別氣動(dòng)彈性參數(shù)時(shí)，必須保證風(fēng)壓和位移同時(shí)采樣.?考慮到多通道壓力傳感器的采集模塊與激光位移計(jì)采集模塊硬件上不兼容，不能同步采集，本次風(fēng)洞試驗(yàn)采用“吹氣法”[13]進(jìn)行風(fēng)壓與位移的同步測(cè)試.?氣流經(jīng)過三通分流成兩股氣流，分別與掃描閥的一個(gè)通道和單點(diǎn)壓力傳感器連接，單點(diǎn)壓力傳感器與位移計(jì)連接在同一個(gè)數(shù)采板卡上，吹氣后兩套采集系統(tǒng)分別有一個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)脈沖峰，由脈沖點(diǎn)的位置可以確定風(fēng)壓時(shí)程和位移時(shí)程的同時(shí)采樣點(diǎn)，設(shè)計(jì)方案如圖7所示.

2???氣彈效應(yīng)分析方法

與結(jié)構(gòu)水平方向運(yùn)動(dòng)類似，風(fēng)荷載作用下扭轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)方程可表1示為：

I[φ]（t）?+?2Iωξs?[φ] （t）?+?Iω2φ（t）?=?T（t）.?????（2）

式中：I?=?為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ρs?為高層建筑平均質(zhì)量密度，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和復(fù)合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量密度一般為180～280?kg/m3，本文的建筑質(zhì)量密度取200?kg/m3;ω?=?2πf和ξs分別為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)圓頻率和阻尼比;T（t）為由同步風(fēng)壓計(jì)算得到的扭矩;φ（t）、[φ] （t）和?[φ]（t）分別為轉(zhuǎn)角、角速度和角加速度.

假設(shè)測(cè)得的扭矩由兩部分組成：一部分是不穩(wěn)定的隨機(jī)風(fēng)荷載，另一部分是由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)改變而附加到結(jié)構(gòu)上的荷載，即扭轉(zhuǎn)向自激力.?其中扭轉(zhuǎn)向自激力由兩部分組成，一部分是與轉(zhuǎn)角同相位的剛度扭矩，另一部分是與角速度同相位的阻尼扭矩，結(jié)構(gòu)受到的扭矩可以表1示為：

T（t）?=?T1（t）?+?Tk（t）?+?Td（t）?=

pB2HC1（t）?+?Ck

+?Cd

.?????（3）

式中：T1（t）、Tk（t）和Td（t）分別為風(fēng)荷載扭矩、剛度扭矩和阻尼扭矩;C1（t）、Ck和Cd分別為風(fēng)荷載扭矩系數(shù)、扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù);p?=?ρa(bǔ)?U2為參考風(fēng)壓，ρa(bǔ)為空氣密度，U為模型頂部參考風(fēng)速.

由于強(qiáng)迫振動(dòng)的轉(zhuǎn)角φ（t）?=?φ0?sin（ωt），剛度扭矩和阻尼扭矩可以從總的扭矩中分離出來，扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù)分別為：

Ck?=?T（t）dt，??（4）

Cd?=?T（t）dt.???（5）

式中：T為采樣時(shí)間.

將運(yùn)動(dòng)方程右邊的剛度扭矩和阻尼扭矩移到方程左邊寫成扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比的形式，運(yùn)動(dòng)方程可以改寫為：

I[φ]（t）+2Iω（ξs+ξa）[φ] （t）+Iω2（1+）φ（t）=pB2HC1（t）.

（6）

其中氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比分別為：

=-，????（7）

ξa=-.?????（8）

式中：ξs為扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比;為扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比，Ka和Ks分別為扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度和扭轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)剛度.

3???試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1???氣動(dòng)剛度

由式（4）計(jì)算得到扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)，模型1、2和3的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)隨折算風(fēng)速和振幅的變化規(guī)律如圖8所示，其縱軸為氣動(dòng)剛度力系數(shù)與振幅的比值.?由式（7）計(jì)算得到扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比，模型1、2和3的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比隨折算風(fēng)速和振幅的變化規(guī)律如圖9所示.?由圖8和圖9得到：

1）扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)與振幅的比值隨折算風(fēng)速的變化趨勢(shì)是一致的.

2）臨界風(fēng)速為扭轉(zhuǎn)共振風(fēng)速，文獻(xiàn)[20]與本文工況相同，分析了模型1、2和3的三維風(fēng)荷載特性，模型1、2和3的臨界風(fēng)速分別為10?m/s、9.4?m/s和14.2?m/s.?扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)隨著折算風(fēng)速的增大呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)氣動(dòng)剛度力系數(shù)略微增大.

3）低風(fēng)速情況下，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比隨風(fēng)速變化基本一致，隨著風(fēng)速的增大，不同振幅情況下氣動(dòng)剛度比略顯離散，但總體上是趨于一致的，因此，扭轉(zhuǎn)向的氣動(dòng)剛度比受振幅的影響小.

4）當(dāng)風(fēng)速小于折算風(fēng)速時(shí)，扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比隨折算風(fēng)速增大呈下降趨勢(shì)，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)，扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比迅速增大.?窄邊迎風(fēng)情況下結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)氣動(dòng)剛度比相對(duì)要大一些，但是，對(duì)于3種長(zhǎng)寬比的模型，不同風(fēng)速、不同振幅下模型的氣動(dòng)剛度比均小于3%，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的影響較小，可忽略不計(jì).

3.2???氣動(dòng)阻尼

由式（5）計(jì)算得到扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù)，模型1、2和3的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù)隨折算風(fēng)速和振幅的變化規(guī)律如圖10所示，其縱軸為氣動(dòng)阻尼力系數(shù)與振幅的比值.?由式（8）計(jì)算得到扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比，模型1、2和3的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速和振幅的變化規(guī)律如圖11所示.?由圖10和圖11得到：

1）扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù)與振幅的比值隨折算風(fēng)速的變化趨勢(shì)是一致的.

2）模型1的氣動(dòng)阻尼力系數(shù)在低風(fēng)速情況下呈下降趨勢(shì)，風(fēng)速達(dá)到臨界風(fēng)速后開始上升.?模型2和3的氣動(dòng)阻尼力系數(shù)隨風(fēng)速增大呈上升趨勢(shì).

3）扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼在低折算風(fēng)速時(shí)十分接近，

隨著風(fēng)速升高略微發(fā)散，但總體變化趨勢(shì)還是一致的，說明扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比受振幅影響小.

4）模型1和2的氣動(dòng)阻尼比較小且在低風(fēng)速均為正值，但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)，氣動(dòng)阻尼比迅速下降，變?yōu)樨?fù)氣動(dòng)阻尼，模型1的氣動(dòng)阻尼比最大約為0.2%，最小約為-0.4%，模型2的氣動(dòng)阻尼比最大約為0.5%，最小約為-0.2%，氣動(dòng)阻尼比對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響不大.?對(duì)于長(zhǎng)寬比為2?∶?1的模型，隨著風(fēng)速的增大，氣動(dòng)阻尼比逐漸減小，最小可接近-2%，大大減小了結(jié)構(gòu)的總阻尼比，在響應(yīng)分析時(shí)有必要考慮扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼的影響.?這說明，在窄邊迎風(fēng)時(shí)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比應(yīng)引起足夠的重視.

5）對(duì)于模型1、2和3，氣動(dòng)阻尼比的變化規(guī)律有很大差異，長(zhǎng)寬比對(duì)扭轉(zhuǎn)向的氣動(dòng)阻尼比影響很大.?這可能是由于模型長(zhǎng)寬比不同，分離與再附發(fā)生與否及發(fā)生的折減風(fēng)速不同造成的，模型3的分離再附效應(yīng)顯著，而模型1和2在結(jié)構(gòu)上不發(fā)生再附.

6）文獻(xiàn)[12]的結(jié)果為氣彈模型測(cè)得的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比，由于風(fēng)場(chǎng)不同以及模型參數(shù)略有不同使得結(jié)果略有差異，但總體上與本文強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)得的結(jié)果是一致的，驗(yàn)證了強(qiáng)迫振動(dòng)方法的有效性.

3.3???剛度偏心對(duì)氣彈效應(yīng)的影響

對(duì)于偏心情況，以表11和圖3所示的左右偏心和前后偏心兩種情況進(jìn)行分析.?長(zhǎng)寬比為1?∶?2的模型2、4和5的氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律如圖12所示，其振幅為6°.?當(dāng)偏心率為10%時(shí)，氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比變化不大;當(dāng)偏心距為20%時(shí)，氣動(dòng)剛度比顯著減小，氣動(dòng)阻尼比顯著增大.

長(zhǎng)寬比為2?∶?1的模型3、6、7、8和9的氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比隨折算風(fēng)速的變化規(guī)律如圖13所示，其振幅為6°.?在低風(fēng)速情況下，偏心對(duì)氣動(dòng)阻尼比影響不大，隨著風(fēng)速的增大，偏心對(duì)氣動(dòng)阻尼比的影響逐漸增大.?隨著剛度中心從前向后移動(dòng)，負(fù)阻尼比和負(fù)剛度比均有明顯增加，需要重視結(jié)構(gòu)向后偏心引起的負(fù)氣動(dòng)剛度比和負(fù)氣動(dòng)阻尼比增加，負(fù)氣動(dòng)剛度比最大達(dá)到-6%，而負(fù)氣動(dòng)阻尼比最大達(dá)到-3%.

剛度偏心對(duì)氣彈效應(yīng)影響很大，可能是由于偏心振動(dòng)改變了旋渦脫落與再附，因而隨剛度偏心的增大，氣彈效應(yīng)的改變也相應(yīng)增大.

4???結(jié)???論

本文基于扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)不同長(zhǎng)寬比的矩形高層建筑氣彈效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，分析不同風(fēng)速、不同振幅、不同剛度偏心和不同長(zhǎng)寬比矩形高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度力系數(shù)、扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼力系數(shù)、扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比和扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比的變化情況，由此得出了矩形高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣彈效應(yīng)隨風(fēng)速、振幅和剛度偏心的變化規(guī)律.?得出了以下結(jié)論：

1）給出了不同長(zhǎng)寬比的高層建筑扭轉(zhuǎn)向氣彈效應(yīng)隨風(fēng)速的變化規(guī)律，不同長(zhǎng)寬比的高層建筑氣彈效應(yīng)差異顯著.

2）不同振幅情況下扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比隨風(fēng)速變化的趨勢(shì)是一致的，氣動(dòng)剛度比和氣動(dòng)阻尼比受高層建筑響應(yīng)的影響小.

3）高層建筑的扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)剛度比較小，基本可忽略其影響，但扭轉(zhuǎn)向氣動(dòng)阻尼比不同：對(duì)于長(zhǎng)邊迎風(fēng)情況，其扭轉(zhuǎn)氣動(dòng)阻尼比較小，其絕對(duì)值最大不超過0.5%，而在窄邊迎風(fēng)情況以及偏心結(jié)構(gòu)在后偏心情況下，氣動(dòng)阻尼比較大，對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的貢獻(xiàn)不可忽視，尤其是當(dāng)風(fēng)速接近和達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)，將產(chǎn)生負(fù)氣動(dòng)阻尼.

4）結(jié)構(gòu)剛度偏心對(duì)扭轉(zhuǎn)向氣彈效應(yīng)有顯著影

響，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和響應(yīng)計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮偏心對(duì)結(jié)構(gòu)氣彈效應(yīng)的影響.

參考文獻(xiàn)

[1]????JOHANN?F?A，CARLOS?M?E?N，RICARDO?F?L?S.?Wind-induced?motion?on?tall?buildings：a?comfort?criteria?overview?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，2015，142：26—42.

[2]????汪夢(mèng)甫，梁曉婷.?帶伸臂桁架減振層高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)效果分析[J].?湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，45（3）：1—7.

WANG?M?F，LIANG?X?T.?Analysis?on?wind?resistance?effect?of?high?rise?building?with?damped?outrigger?storeys?[J].?Journal?of?Hunan?University?（Natural?Sciences），2018，45（3）：1—7.?（In?Chinese）

[3]????SATAKE?N，SUDA?K，ARAKAWA?T，et?al.?Damping?evaluation?using?full-scale?data?of?buildings?in?Japan?[J].?Journal?of?Structural?Engineering，2003，129（4）：470—477.

[4]????黃東梅，何世青，朱學(xué)，等.?表1面粗糙度對(duì)超高層建筑風(fēng)荷載與風(fēng)振響應(yīng)的影響[J].?湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，44（9）：41—51.

HUANG?D?M，HE?S?Q，ZHU?X，et?al.?Influence?of?surface?roughness?on?wind?load?and?wind-induced?response?of?super-tall?building?[J].?Journal?of?Hunan?University?（Natural?Sciences），2017，44（9）：41—51.?（In?Chinese）

[5]????STECKLEY?A，VICKERY?B?J，ISYUMOV?N.?On?the?measurement?of?motion?induced?forces?on?models?in?turbulent?shear?flow?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，1990，36：339—350.

[6]???WANG?L，LIANG?S，HUANG?G，et?al.?Investigation?on?the?unstability?of?vortex?induced?resonance?of?high-rise?buildings?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，2018，175：17—31.

[7]????王磊，梁樞果，鄒良浩，等.?超高層建筑多自由度氣彈模型的優(yōu)勢(shì)及制作方法?[J].?振動(dòng)與沖擊，2014，33（17）：24—29.

WANG?L，LIANG?S?G，ZOU?L?H，et?al.?Advantages?and?making?method?of?a?super?high-rise?buildings?multi-DOF?aero-elastic?model?[J].?Journal?of?Vibration?and?Shock，2014，33（17）：24—29.（In?Chinese）

[8]????全涌，顧明.?方形斷面高層建筑的氣動(dòng)阻尼研究?[J].?工程力學(xué)，2004，21（1）：26—30.

QUAN?Y，GU?M.?Wind?tunnel?test?study?of?aerodynamic?damping?of?super?highrise?buildings?[J].?Engineering?Mechanics，2004，21（1）：26—30.?（In?Chinese）

[9]????吳海洋，梁樞果，鄒良浩.?基于小波分析的高層建筑氣動(dòng)阻尼評(píng)估方法?[J].?振動(dòng)與沖擊，2008，27（8）：93—96.

WU?H?Y，LIANG?S?G，ZOU?L?H.?Method?of?evaluating?aerodynamic?damping?of?tall?buildings?based?on?wavelet?analysis?[J].?Journal?of?Vibration?and?Shock，2008，27（8）：93—96.?（In?Chinese）

[10]??VICKERY?B?J，STECKLEY?A.?Aerodynamic?damping?and?vortex?excitation?on?an?oscillating?prism?in?turbulent?shear?flow?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，1993，49（1）：121—140.

[11]?? COOPER?K?R，NAKAYAMA?M，SASAKI?Y，et?al.?Unsteady?aerodynamic?force?measurements?on?a?super-tall?building?with?a?tapered?cross?section?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，1997，72（SC）：199—212.

[12]??鄒良浩，梁樞果，顧明.?高層建筑氣動(dòng)阻尼評(píng)估的隨機(jī)減量技術(shù)?[J].?華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（城市科學(xué)版），2003，20（1）：30—33.

ZOU?L?H，LIANG?S?G，GU?M，et?al.?Evaluation?of?aerodynamic?damping?in?wind-induced?vibration?of?tall?buildings?by?random?decrement?technology?[J].?Journal?of?Huazhong?University?of?Science?and?Technology?（Urban?Science?Edition），2003，20（1）：30—33.?（In?Chinese）

[13]??宋微微，梁樞果，鄒良浩，等.?超高層建筑氣動(dòng)彈性效應(yīng)雙向受迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)研究?[J].?建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2015，36（11）：84—91.

SONG?W?W，LIANG?S?G，ZOU?L?H，et?al.?Investigation?on?wind-induced?aero-elastic?effects?of?super?high-rise?building?by?bi-axial?forced?vibration?wind?tunnel?test?[J].?Journal?of?Building?Structures，2015，36（11）：84—91.?（In?Chinese）

[14]?CHEN?Z?S，TSE?K?T，KWOK?K?C?S.Unsteady?pressure?measurements?on?an?oscillating?slender?prism?using?a?forced?vibration?technique?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，2017，170：81—93.

[15]??宋微微，梁樞果，毛家雄.?矩形截面高層建筑三維耦合風(fēng)振響應(yīng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究?[J].?武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（4）：106—111.

SONG?W?W，LIANG?S?G，MAO?J?X.?Wind?tunnel?test?study?on?3-D?coupled?wind-induced?response?of?rectangular?tall?buildings?[J].?Journal?of?Wuhan?University?of?Technology，2014，36（4）：106—111.?（In?Chinese）

[16]??吳鵬，鄒良浩，梁樞果，等.?矩形超高層建筑扭轉(zhuǎn)風(fēng)振響應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J].?武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（10）：89—93.

WU?P，ZOU?L?H，LIANG?S?G，et?al.?Wind?tunnel?test?on?torsional?wind-induced?dynamic?responses?of?rectangular?super-high-rise?building?[J].?Journal?of?Wuhan?University?of?Technology，2014，36（10）：89—93.?（In?Chinese）

[17]??唐意，顧明，金新陽.?偏心超高層建筑的風(fēng)振研究?[J].?同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（2）：178—182.

TANG?Y，GU?M，JIN?X?Y.?Research?on?wind-induced?response?of?structurally?asymmetric?tall?buildings?[J].?Journal?of?Tongji?University（Natural?Science），2010，38（2）：178—182.?（In?Chinese）

[18]?KATSUMURA?A，KATAGIRI?J，MARUKAWA?H，et?al.?Effects?of?side?ratio?on?characteristics?of?across-wind?and?torsional?responses?of?high-rise?buildings?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，2001，89（14）：1433—1444.

[19]?KATAGIRI?J，OHKUMA?T，MARIKAWA?H.?Motion-induced?wind?forces?acting?on?rectangular?high-rise?buildings?with?side?ratio?of?2?[J].?Journal?of?Wind?Engineering?and?Industrial?Aerodynamics，2001，89（14）：1421—1432.

[20]??湯懷強(qiáng)，鄒良浩，梁樞果，等.?基于扭轉(zhuǎn)強(qiáng)迫振動(dòng)風(fēng)洞試驗(yàn)的矩形截面高層建筑三維風(fēng)荷載研究?[J].?振動(dòng)與沖擊，2016，35（7）：116—123.

TANG?H?Q，ZOU?L?H，LIANG?S?G，et?al.?Three-dimensional?wind?loads?of?rectangular?tall?buildings?based?on?torsional?forced?vibration?wind?tunnel?tests?[J].?Journal?of?Vibration?and?Shock，2016，35（7）：116—123.?（In?Chinese）