抗台风型漂浮式海上风电机组原理（某超高层连体结构风响应分析）

转载自广东土木与建筑《某超高层连体结构风响应分析》作者：陈诗学

摘要：采用等效加速方法和风速时程分析法对某一超高层连体结构进行风响应分析，得到风荷载作用下的结构的风效应；通过数值模拟技术，同时分析了该结构连廊结构（钢桁架）在风吸力作用下，支座和桁架内部杆件的内力。结果表明，该连体结构在风荷载作用下连体部分满足风振舒适度的要求。

关键词：连体结构；超高层结构；等效加速度方法；风速时程分析法

本工程位于深圳市坪山区，项目由6 栋18~46 层不等的住宅组成。本连体建筑由其中的3 栋保障房和4 栋公寓通过空中泳池在4 栋屋顶处连接。本项目地下室2 层，3 栋地上46 层，主屋面结构高度137.95 m，4 栋地上18 层，主屋面结构高度65.25 m。3 栋采用剪力墙结构体系，4 栋采用框架-剪力墙结构体系（带部分框支）。建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。地面粗糙度为C 类，基本风压0.75 kN m2。图1 为项目的效果图和结构的三维计算模型。

空中泳池跨度为25.6 m，宽度约为10.4 m，采用两榀主桁架 次桁架的形式，主桁架一侧与3 栋高塔剪力墙端柱刚接，并将桁架弦杆伸入剪力墙中，另一侧支撑在两个铅芯橡胶支座上。其中，橡胶支座布置在4 栋屋顶1.0 m 高的框架梁上，框架梁两端1.3 m范围内采用竖向加腋处理。图2、图3 分别为该连体与塔楼的关系示意及连体结构的三维计算模型。

该空中水池连廊属于大跨高连廊结构，X 向迎风面较大，且连接的两塔楼高度差异较大，结构变形难以协调一致，而泳池属于人员密集公共区域，X 向风振舒适度是结构设计需要考虑的重要部分。

《建筑结构荷载规范》（下称《荷载规范》）［1］和《高钢规》［2］对“体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑”通过限定了结构顶点的加速度方式来满足风荷载下结构的舒适度要求，而不适应于本项目连廊部分；同时，由于未进行风洞实验，空中连廊结构的舒适度分析是该连廊结构设计的一个难点问题。

分析中结构顶点风振加速度限值按0.15 m/ s2 取值。

3.1 单体模型X 向风作用结构顶点加速度

按《荷载规范》计算得到无连廊单塔模型在风荷载作用下的结构顶点加速度，如表1 所示。同时，在风荷载作用下，两个塔楼的顶层X、Y 向最大位移位置如图4 所示。计算结果表明，单塔的顶点加速度小于规范限值0.15 m/ s2。

3.2 空中连廊结构顶点最大等效加速度

现行规范和有关文献均没有提供连廊双塔结构舒适度的计算方法，可以采用如下近似计算方法，考虑到加速度是位移的二阶导数，因此结构顶部的位移之比与加速度之比存在一定相关性，在塔楼对应位置，可近似假定以下关系式成立：

计算连廊模型X 向风作用下位移，连廊桁架上下弦所在楼层关键点的X 向位移，如图5 所示（红点表示相应位移点平面和立面位置）。然后利用连廊模型的位移和单塔模型的位移比值乘以单塔模型的加速度来近似求得连廊模型各部分的顶点加速度。

3.3 等效加速度计算结果

3.3.1 比值K 的计算

根据式⑴可分别求得连廊模型低塔和高塔以及连廊上部结构的K 值，如表2 所示。

由此可知，连廊结构各部分X 向风作用下连廊顶点最大加速度为0.146 m/ s2，均小于规范0.15 m /s2 的限值，满足规范规定的风振舒适度要求。

3.4 风速时程分析

本工程采用Davenport 提出的顺风向脉动风速功率谱密度函数来推导脉动风荷载功率谱密度函数，由脉动风压和脉动风速的关系，导出脉动风压功率谱。考虑风场空间相关性，基本风速26.8 m/ s，粗糙度系数K=0.00464，时间间隔为0.2 s，持时200 s。共模拟43.1 m 标高处和45.1 m 标高处2 条脉动风速曲线如图6、图7 所示。

图8 所示为空中连廊监测点A、B、C 节点加速度时程曲线，整个时程中，加速度最大值为0.107 m/ s2。小于规范0.15 m /s2 的限值，满足规范规定的风振舒适度要求。

3.5 风吸力工况连廊受力分析

由于连廊位置较高，风荷载作用下连廊底部对连廊的上托作用会使连廊受力方向发生改变，对支座可能产生拉力。为分析风吸力对连廊的安全影响，建立空水工况（不考虑水池水荷载及活荷载）下连廊的分析模型进行模拟。

根据《荷载规范》7.1.1 条，偏保守计算取风压标准值Wk=2.0 kN /m2。

组合系数：1.0 恒 0 活 1.4 风吸力。

图9、图10 分析结果表明，支座未出现拉力，构件应力值较低。

4 结论

⑴ 根据等效加速度计算方法，求解出空中连廊结构满足风振舒适度的要求；

⑵ 根据风速时程分析结果，空中连廊结构满足风振舒适度的要求；

⑶ 根据风吸力工况连廊受力分析结果，支座未出现拉力，且构件应力值较低。

参考文献

［1］ 建筑结构荷载规范：GB 50009-2012［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］高层民用建筑钢结构技术规程：JGJ 99-98［S］. 北京：中国建筑工业出版社，1998.

［3］ 陈诗学，张德龙，张琳，等. 深城投中城花园3 栋保障房和4 栋公寓超限抗震设计可行性论证报告［R］. 深圳：华阳国际工程设计股份有限公司，2018.3

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