第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 风荷载激励下苏宁地标塔楼响应分析 鲁志雄，李力军，吴伟河，刘萍昌 （广州华森建筑与工程设计顾间有限公司，广州510045） [摘要]苏宁地标塔楼屋架顶高的为318m，屋顶构架自身高度的为60n，结构形式较为新颖，属于风敏感结构， 需对其在风荷载激励下的响应进行专项设计.
为此，本文基于风洞试验结果，考虑顺风向和横风向的综合作用， 对其风激励下的结构响应进行分析.
分析结果表明，结构基底倾覆力矩小于规范设计值，主楼项舒适度满足规范 要求，屋架下部加速度值满足规范要求，上部加速度值较大，其风致下的位移响应满足规范限制要求.
[关键词]超高层：混合结构：风激励：舒适度 1引言 超高层建筑结构体系较柔，周期较大，建筑物对风荷载的动力放大作用明显，一般以风控为主，强 风作用下结构可能出现舒适度超标，甚至将造成结构及附属构件损坏，且受建筑外形和周边环境等影响， 其风振响应往往以共振响应为主，超高层建筑横风向位移响应、加速度响应一般大于顺风向，横风向效 应显著，在结构设计中应予以充分考虑.
苏宁地标塔楼主塔楼高318m，超过规范限值180m，为超B类建筑.
结构高宽比5.6.
结构体系由钢 筋混凝土核心筒，带有腰桁架的外框架及构成核心筒与外框架之间相互作用的伸臂桁架组成.
由于结构 超高，体型复杂，风力对结构作用效应较大.
基于此，本文介绍了苏宁地标塔楼风洞试验结果，并基于 风洞试验数据，分析了结构主屋面及以上部分的加速度响应，为该结构屋顶部分的舒适度设计提供了依 据" 2风洞试验模型 鉴于地标塔楼的高度及与其相邻高层建筑可能对其风荷载产生的较为复杂的影响，为确保地标塔楼 结构设计安全可靠、经济合理，业主委托广东省建筑科学研究院进行本工程主要风洞试验，委托试验内 容包括提供主体结构设计风荷载及给出塔楼最高楼层的风致加速度，根据建筑功能进行舒适度评估.
采用 的风洞试验方法为风洞动态测压试验.
制作1：300的刚性测压模型及周边建筑模型，进行群体动态测 压试验.
试验照片见下图.
180 270 06 0 图1风洞试验照片一 图2风洞试验坐标
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3风洞试验结果规范风荷载对比 根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2012及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010，初步 的风荷载取值如下： 表1初步风荷载取值 类别 内容 备注 10年一遇基本风压W 0. 30kN/zn² 用于舒适度分析 50年一遇基本风压 0. 50kN/zn² 用于层间变形验算 100年一遇基本风压% 0. 60kN/z² 用于结构强度验算 地面粗糙度类别 B 风荷载体型系数 1. 4 风洞试验最不利风向角统计结果（X方向风荷载为风洞试验报告组合工况2，Y方向风荷载为风洞试 验报告为组合工况3）与规范风荷载对比如下图3和图4所示.
上述对比结果显示按规范计算的风荷载 大于风洞试验结果，因此设计中偏于安全的选用了规范风荷载作为设计风荷载.
费 509 20 990 110 30800 [0800 3900 3000 要力 (4) 期力 98) 盘 (4) 负力(n) AR以 (a)X 年 (b)Y 向 (a)X 向 (b)Y向 图3风洞试验结果与规范风荷载对比图 图4风洞试验与规范风荷载基底剪力对比图 4屋架结构加速度响应分析 4.1主屋面舒适度性能分析 为确保高层建筑内使用舒适度，需验算风振引起的建筑物顶点最大加速度.
水平舒适度计算方法可 根据《高规》及《高钢规》的有关规定进行.
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.7.6
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 条，结构顶点最大加速度限值如下表2.
在结构阻尼比为0.015时，不同风向角作用下结构顶部楼层加 速度如下表3所示.
由此可见，结构最不利风向角约为135，结构在X向和Y向最大加速度峰值约为 0.11m/s，满足规范对于办公、宾馆的舒适度要求.
表2风洞实验结构顶点风振加速度值a 使用功能 住宅、公寓 办公、宾馆 X向 Y向 a(m/s) 0.15 0.25 0.105 0.107 舒适度判别 满足 满足 表3不同风向角作用下结构顶部楼层加速度（阻尼比1.5%） 风向角（） ax(m/s*2) ay(m/s^2) az(rad/s^2) 0 0.049 0.045 0.00041 15 0.053 0.057 0.00047 30 0.056 0.043 0.00037 45 0.066 0.05 0000 60 0.063 0.056 0.00044 75 0.069 0.057 0.00032 90 0.046 0.056 0.00045 105 0.064 0.078 0.00048 120 0.064 0.078 0.00049 135 0.105 0.081 0.00051 150 0.085 0.077 0.00036 165 0.057 0.06 0.00043 180 0.09 0.056 0.00046 195 0.068 0.053 0.00045 210 0.049 0.054 0.00032 225 190′0 0.058 0.00029 240 0.07 0.107 0.00027 255 0.053 0.077 0.00044 0.047 0.096 0.00052 285 0.048 0.068 0.00042 300 0.058 0.052 0.00027 315 0.061 0.068 0.00033 330 0.06 0.057 0.00042 345 0.076 0.054 0.00037 4.2屋架舒适度分析 塔楼屋顶为总统套房，位于60层250m高处，风洞试验所给出的结构顶部即为总统套房顶，总统套 房至288m处主屋顶段主要功能为设备用房.
为进一步对设备房及以上屋架部分的舒适度进行评估，本节
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 基于风洞脉动风时程进行舒适度分析.
选取最不利风向角135风荷载时程进行加速度响应分析.
计算软件为SAP2000.计算过程为：依据风洞试验给出的脉动 318m 77层 风压系数时程，根据荷载规范（8.1.1-1）式，考虑风压高度变 化系数影响，可得到不同楼层处的脉动风压时程.
风洞报告 中，共在约20个不同楼层处布置风压传感器以得到整个结构 288m67) 的风压系数.
相应地，在SAP2000有限元模型中，在与风洞 试验模型相对应的楼层节点上添加风荷载时程，即可完成脉 动风荷载激励的添加.
其中，风荷载时间间隔应考虑相似变 换的影响.
根据风洞试验建议结果，舒适度计算时考虑结构的阻尼 250m60层 比为0.015.
计算过程中，分别考虑瑞尼阻尼和振型阻尼两 种不同阻尼比的影响进行对比分析，其中瑞尼阻尼的第一、 二振型阻尼比取为0.015.
结构在X向和Y向的加速度计算 结果如下图6和图7所示.
计算结果表明：采用风时程计算 图5屋顶构架整体结构示意图 的上人屋面最大加速度与风洞试验结果基本一致，均约为 0.11m/s2.
这表明风荷载计算及在模型中的施加方式是可行的.
从图中60层以上设备层和屋架的加速度响应可以看出，结构在主屋项即67层的加速度峰值可满足 规范要求，其中Y向较大，约为0.22m/s².
这表明总统套房以上相关范围内的加速度峰值较小，可满足 住宅和公寓舒适性要求，从而保证了总统套房的舒适性.
结构在瑞尼阻尼下的加速度响应均小于振型阻 尼，可见结构高阶响应对加速度影响较大，且在结构屋架顶部，风荷载激励下的鞭梢效应显著，在两个 方向均产生较大的突变，在构件设计中，应考虑风荷载激励下高阶振型影响，以保证结构的安全性.
风时程荷载激励下，顶部钢结构幕墙支撑构架加速度值较大.
在下一步设计中，是否增设粘滞阻尼 器对脉动风引起的动力响应进行控制，需应考虑幕墙构件专业的意见进行综合考虑.
国利U2 阳尼u2 -利 一振选限值 报底限值 001001-5 -0.5 0.5 图6X向风激励下加速度响应 图7Y向风激励下加速度响应
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 5结论 本文根据风洞试验结果，对苏宁地标塔楼考虑风激励下的结果进行分析，主要结论如下： （1)风洞试验结果表明，结构体型系数合理，普遍小于规范的1.4，在局部角部位置处，体型系数略 大于规范限制，约1.5.这表明结构选型合理、经济.
（2）通过规范风荷载与风洞试验结果进行比较，可知，规范风荷载作用下，结构剪力倾覆力矩等均 大于风洞试验结果，故设计时以规范风荷载进行承载力设计.
(3）风荷载时程分析结果表明，结构在290米以下各层加速度峰值均小于规范限制，满足规范舒适 度限制要求.
（4）屋架部分由于其自身质量小，阻尼比较小，在脉动风激励下，屋架高阶响应较明显，出现峰值 突变，且其顶部舒适度过大，超过规范限制要求，在下一步设计中，是否影响相关幕墙专业，尚需进行 论证.
参考文献 [1]李力军，吴伟河，陈晓城等，佛山苏宁广场地标塔楼结构抗震超限设计可行性论证报告[R].广州：华森建筑与工程设 计顾间有限公司，2014. [2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [3]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [4]佛山苏宁广场项目风润试验报告[].广东省建筑科学研究院，2013.
