一种多塔带连体建筑的抗风设计方法与流程

本发明属于建筑抗风，特别涉及一种多塔带连体建筑的抗风设计方法。

背景技术：

1、随着近年来城市化进程的推进，高层地标性建筑越来越多，其中连体建筑结构成为近年来常见的高层建筑设计形式，连体建筑的各塔楼之间通过连接体相互连接，连接体可用作连廊使用，给高层建筑的使用带来极大便利，从建筑造型角度来讲，增加了建筑造型的多样性，新颖美观。但往往连接体两端的高层塔楼平面布置、层高、层数等明显不同，各塔楼结构的动力特性差异很大。对于此类结构，按规范常规方法计算风荷载作用已经不再完全适用，计算准确度不能保证。尤其在沿海城市，风荷载较大，且部分地区每年台风活动频繁，结构抗风性能是主要安全控制因素，对风荷载作用的计算准确度提出了更高的要求。

2、连体建筑的风力干扰效应较为明显，其风荷载特性包括平均风荷载及脉动风荷载，受自身体型和周边建筑的影响均较大，连体建筑中塔楼所受的风荷载会因另一塔楼的存在而使之与单体高层建筑的风载有较大的区别，两塔楼之间形成的狭窄通道也会使风场流速加大，风压加大。由于连接体将各塔楼连为一体，连体结构动力特性本身就较单体建筑复杂，加之其暴露在大气边界层的湍流风场中，风荷载的脉动作用时常受到钝体的特征湍流作用影响，表达为更加复杂且敏感的动力效应，基于规范中的风振系数规定，难以满足设计的精度要求；同时在分析其风致振动时，必须考虑多塔楼的耦合振动作用。

3、连接体是连接各塔楼的重要部分，其往往有跨度大、人流量大等特点。应对于连接体部分的舒适度进行验算，荷载规范对“体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑”给出了顺风向风振加速度的计算公式，但对于连接体这种复杂的结构形式并不适用，且无法用于连接体风振加速度的验算。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多塔带连体建筑的抗风设计方法，以解决上述背景技术中采用传统方法进行连体建筑风荷载作用计算不准确，以及连接体舒适度验算不准确的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多塔带连体建筑的抗风设计方法，包括以下步骤：

4、s1、建立连体建筑结构的有限元模型；

5、s2、优化有限元模型，使有限元模型的各层间位移角βi不超过对应的规范规定层间位移限值[β]，且结构构件、连接节点和连体建筑支座三者的作用效力si不超过对应的结构抗力r；

6、s3、基于规范风荷载参数模拟连体建筑的风压时程，对有限元模型进行动力分析和舒适度分析，得到结构基底剪力最大值v1.max、结构变形、连体建筑支座的反力最大值r1.i及连接体的均值加速度α1；

7、s4、基于风洞试验结构获得连体建筑的风压系数时程，对有限元模型进行动力分析和舒适度分析，得到结构基底剪力最大值v2.max、结构变形、连体建筑支座的反力最大值r2.i和连接体的均值加速度α2；

8、s5、调整有限元模型的内力参数，基底剪力的调整系数为π，π＝max(v1.max，v2.max)/v0，其中，v0为步骤s2得到的有限元模型的初始基底剪力值；当π≤1时，取π＝1，此时无需调整内力参数；

9、s6、根据步骤s3和s4两次获得的结构变形、连体建筑支座的反力最大值r1.i、r2.i和连接体的均值加速度α1、α2，对连体建筑进行安全性、舒适度评定，并调整有限元模型，使其满足r1.i＜[r]且i2.i＜[r]，[r]为连体建筑的支座承载力限值，且满足α1＜[α]且α2＜[α]，[α]为规范规定的舒适度加速度限值。

10、进一步地，步骤s4包括：

11、s41、对连体建筑进行缩尺模型风洞试验，根据风洞试验结果，得到连体建筑各风向角下，各节点的风压系数时程；

12、s42、将节点的风压系数时程转化为节点的集中荷载，计算公式为，pj(t)＝w0μzajcp,j(t)；

13、其中，pj(t)为第j节点在t时刻的集中荷载；ω0为基本风压；μz为风压参考点处的风压高度系数；aj为第j节点的受风附属面积；cp,j(t)为第j节点在t时刻的风压系数；

14、s43、选择最不利风向角；

15、s44、将最不利风向角下的集中荷载施加于有限元模型的对应节点，进行风振响应时程分析；

16、s45、通过动力计算得到结构基底剪力最大值v2.max、结构变形、连体建筑支座的反力最大值r2.i；

17、s46、依据步骤s44，获得最不利风向角下连接体的均值加速度α2。

18、进一步地，步骤s3包括：

19、s31、通过风压时程模拟方法，获得连体建筑的风压时程，并将各塔楼各楼层的风压时程分别作用于对应的楼层重心位置，对结构进行风振响应时程分析，通过动力计算得到结构基底剪力最大值v1.max、结构变形、连体建筑支座的反力最大值r1.i；

20、s32、采用10年重现期风压时程，对有限元模型进行风振响应时程分析，获得连接体各点的加速度时程响应及连接体的均值加速度α1。

21、进一步地，步骤s31中，风压时程模拟方法为：根据规范风压、地面粗糙度类别、体型系数和计算楼层高度，通过时域分析法模拟出连体建筑各塔楼各楼层风压时程。

22、进一步地，步骤s2包括：

23、s21、对有限元模型进行等效静风荷载作用下的结构受力分析，获得有限元模型的各层间位移角βi和结构构件、连接节点和连体建筑支座三者的作用效力si；

24、s22、将各层间位移角βi分别与对应的规范规定层间位移限值[β]进行比较，将结构构件、连接节点和连体建筑支座三者的作用效力si分别与对应的结构抗力r进行比较；若βi≤[β]且si≤r，则表明有限元模型变形和承载力均满足规范要求，跳至步骤s3；否则，进入步骤s23；

25、s23、优化调整有限元模型，然后返回步骤s21，直至满足βi≤[β]且si≤r。

26、进一步地，步骤s6包括：

27、s61、若i1.i＜[r]且r2.i＜[r]，[r]为连体建筑的支座承载力限值，则连体建筑支座反力满足安全性要求；否则，将连体建筑的支座更换为安全度更高的支座；

28、s62、若α1＜[α]且α2＜[α]，[α]为规范规定的舒适度加速度限值，则说明连体结构舒适度满足要求，否则需采取加强措施；

29、s63、若步骤s61或s62中，对有限元模型进行了调整，则跳回步骤s3，直至连体建筑支座反力和舒适度均满足要求。

30、进一步地，步骤s23中，优化调整有限元模型的方法包括调整构件尺寸、改变单塔结构或连接形式。

31、进一步地，步骤s43中，最不利风向角的选择方法为：根据全风向平均风作用下，结构基底剪力、基底弯矩及塔楼顶层位移响应的结果，判断最不利风向角，并选取3-10个最不利风向角。

32、进一步地，步骤s62中，加强措施为增加竖向构件数量、提高竖向构件截面尺寸、设置柱间支撑或设置调谐质量阻尼器。

33、进一步地，所述有限元模型包括各单塔和连接体；所述连体建筑支座包括连接体支座和各单塔支座。

34、本发明具有以下有益效果：

35、1、本发明提供的一种多塔带连体建筑的抗风设计方法，基于规范风荷载参数模拟连体建筑的风压时程和风洞试验结构获得连体建筑的风压时程，获得两套结构基底剪力最大值v1.max、结构变形、连体建筑支座的反力最大值r1.i及连接体的均值加速度α1数据，同时对连体建筑的有限元模型进行检验优化，保证连体建筑的抗风性能。

36、2、本发明提供的一种多塔带连体建筑的抗风设计方法，提供了一种全新的结构基底剪力最大值、结构变形、连体建筑支座的反力最大值计算方法以及舒适度验算方法，创新地将风洞试验获得的节点风压时程转化为节点集中荷载，并提出了计算公式，再将最不利风向角下的集中荷载施加于有限元模型的对应节点，进行风振响应时程分析，提高连体建筑的风荷载作用计算准确度和舒适度验算准确度。