恒裕金融中心项目的风振控制计算分析及现场实测.pdf

Earthg23Earthquake Resistant Engineeriland RetrofittingJun.20232023年6 月Vol.45,No.3第45卷第3期工程抗震与加固改造文章编号1002-8412(2023)03-0041-10D0I:10.16226/j.issn.1002-8412.2023.03.006恒裕金融中心项目的风振控制计算分析及现场实测陈永祁，王森2 3，马良喆，张维峰（1.北京奇太振控科技发展有限公司，北京10 0 0 37；2.深圳市力鹏工程结构技术有限公司，广东深圳518 0 34；3.深圳市力鹏建筑结构设计事务所，广东深圳518 0 34）【提要】以深圳恒裕金融中心B塔项目为例，通过对比结构顶点加速度、顶点位移、层间位移角、倾覆力矩的变化及附加阻尼比，验证了液体黏滞阻尼器在超高层建筑抗风中的明显减振效果。本文对目前建筑结构动力参数实测的方法以及测试设备进行了解释，同时，也介绍了对恒裕中心在设置阻尼器前后的结构基频、阻尼比、风振舒适度的现场测试情况。通过测试，验证了设置阻尼器可以有效降低结构在风振下的振动，提高结构的舒适度水平。测试结果受到外部因素影响其准确性虽然不足，但阻尼比和顶层加速度降低的趋势是确定的。这次测试也是世界上首次对设置了液体粘滞阻尼器结构进行的实体建筑的动力参数测试。【关键词】恒裕金融中心；液体黏滞阻尼器；超高层建筑；抗风；舒适度；阻尼比中图分类号0322;U448.27【文献标识码AWind vibration control and on-site measurement of Hengyu Shenzhen Bay ProjectChen Yong-qil,Wang Sen?3,Ma Liang-zhe,Zhang Wei-feng(1.Beijing Qitai Shock Control and Scientific Development Co.Ltd,Beijing 100037,China;2.Shenzhen Lipeng Structural EngineeringTechnology Co.Ltd,Shenzhen 518034,China;3.Shenzhen Lipeng Building Structure Design Institute,Shenzhen 518034,China)Abstract:Taking the Tower B project of Shenzhen Hengyu Financial Center as an example,the obvious vibration absorption effect ofliquid viscous dampers in wind resistance of ultra-high-rise buildings by comparing the variation of structural vertex acceleration,vertexdisplacement,interlayer displacement angle,overturning torque and additional damping ratio is verified.The current method ofmeasuring the dynamic parameters of the building structure and the test equipment are explained.At the same time,the on-site testingof the base frequency,damping ratio and wind vibration comfort of Hengyu Center before and after the damper is set up is alsointroduced.Through the test,it is verified that setting a damper can effectively reduce the vibration of the structure under windvibration and improve the comfort level of the structure.Keywords:Hengyu Financial Center;liquid viscous damper;ultra-high-rise building;wind resistance;comfort level;damping ratioE-mail:1工程简介恒裕金融中心位于深圳市南山区后海滨路东侧、海德一道南侧，为4栋塔楼组成的建筑群，如图1所示，功能包括：写字楼、公寓、商业、酒店。本项目建筑为一类超高层综合体、耐火等级为一级；A塔66层/B塔-6 1层/C塔-52 层/D塔-6 层，裙房3层，地下层数为5层。写字楼A塔高30 1.4m，公寓B塔高2 45.1m，公寓C塔高2 43m，商业/D塔高33m。本项目结构类型为型钢混凝土结构、框架-核收稿日期2022-12-26心筒结构，其中外围框架柱采用型钢混凝土柱，核心筒剪力墙局部加人型钢，钢筋混凝土框架梁部分采用型钢混凝土梁。项目建设用地总面积约为1.51万m,计容建筑面积约2 9.1万m，总建筑面积约41.2 5万m。根据高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）（以下简称“高规”）的规定，对于高度不小于150 m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求。办公、旅馆建筑在10 年一遇风荷载作用下结构顶点最大加速度max不应超过0.2 5m/s；住宅、公寓建筑在10 年一遇风荷载作用下结构顶点最uake Resistant Engineering and RetrofittingVol.45,No.320Jun.Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023422023年6 月工程抗震与加固改造大加速度amx不应超过0.15m/s2。因此需要验算风时程下结构上部的加速度。在上述3栋主塔楼中，B、C塔由于使用功能为公寓，其中B塔在风洞试验下表现出的顶点加速度明显超过“高规”限值。由于依靠加强结构并不能有效缓解结构的顶点加速度超限问题，因此考虑通过使用阻尼器控制装置对结构进行风振控制的方法解决这一问题3O恒裕金融中心是深圳首次采用阻尼器直接进行风振控制的高层建筑项目，并提出对安装阻尼器后的结构进行减振性能评估，这在国际上尚属首次。(a)效果图(b)现场图图1恒裕金融中心建筑效果图及现场（左侧为B座）Fig.1Architectural renderings and sites ofHengyu Financial Center(Block B on the left)2减振方案介绍高层结构抗风措施中，加强结构的方法主要适用于轻质高耸结构的抗风强度问题，及高层建筑围护结构的抗风破坏问题。至于高层建筑风振作用下面临的最主要问题，即结构的风振加速度，加强结构很难达到预想的效果。2.1减振装置介绍关于黏弹性阻尼器的抗风性能表现，国内外学者做了大量试验研究，内容包括黏弹性阻尼器在变频、变温、变应变下的工作性能，分析了频率、温度、应变等因素对黏弹性材料性能参数的影响。结果显示出黏弹性阻尼器的一个主要缺点：黏弹性阻尼器的基本性能受环境温度和加载频率的影响较为明显，加载频率越高、温度越低，阻尼器的刚度越大，并且不同的黏弹性材料有不同的温度和频率适用范围 。其中最主要的问题是黏弹性阻尼器的温度敏感性，在Chang等人（19 9 2）的试验中，当环境温度从2 5上升到42，黏弹性阻尼器的阻尼比共下降了2/3，相对楼层位移和层间侧移的减振率下降了17%,顶层加速度的减振率下降了12%4。TMD减振系统是目前高层、高结构风振控制中应用历史悠久的控制装置。当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD系统产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对主结构的振动产生调谐作用，从而达到减小结构振动反应的目的。调谐液体阻尼器（TunedLiquidDamper,TLD），亦称调谐晃动液体阻尼器（Tuned SloshingDamper，TSD），利用晃动的液体吸收并耗散结构振动能量，通过设计合适的箱体尺寸和液体深度，可将液体晃动频率“调谐”至结构的自振频率。由于共振响应，TSD箱体内液体将开始晃动，振动能量通过结构传递给TSD，该能量进而由箱体的阻尼装置耗散。TSD系统的质量由水箱内的液体提供，刚度由水箱池壁提供，阻尼则一般由格栅、桨柱等提供。然而TMD/TLD系统也存在如下几个问题5：（1)T M D/T LD 对频率很敏感，只有频率非常接近结构受控振型的频率时，抗风效果才会很好；但高层建筑在使用过程中由于活载、刚度的变化，会使结构的频率有一定程度的改变；（2）TMD/TLD几百甚至上千吨的质量块附加在结构上，会使结构的动力反应增大；（3）TMD通常拥有用于避免质量块和结构主体发生碰撞的限位系统，但一旦限位系统在大风或强震中由于破坏而失效，后果将十分危险；（4）整个TMD系统的造价十分昂贵，且由于TMD工作时需要长时间做大位移的摆动，其所用阻尼器是特殊的可连续工作的大功率阻尼器，而这种阻尼器价格也很贵；（5）在实际工程中，TLD或TSD所需的消防水箱、额外设置的水循环管道需要大量的空间来建造，但实际上由于水比重很小，要达到所需控制效果的质量块通常成百甚至上千吨，再加上所需的结构附属悬挂等系统，所占空间庞大，安装不便。2.2液体黏滞阻尼器减振介绍液体黏滞阻尼器在结构工程领域取得了飞速发展，这种结构保护系统在结构工程特别是高层和超高层建筑上的巨大减振作用和经济性能已经得到工程界的广泛认可6 。在各种消能减振装置中，液体黏滞阻尼器作为速度相关型耗能装置，由于其优越的性能，在国内外应用尤为广泛，图2 为国外某工程Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023Vol.45,No.343陈永祁，等：恒神融中心项目的风振控制计算分析及现场实测第45卷第3期采用的风振控制用液体黏滞阻尼器。目前液体黏滞阻尼器在土木工程领域的抗风应用已经进人到规程规范完善及全面推广实施阶段。风荷载作用下，直接安置速度相关型阻尼器结构的风振控制运动方程为 Ml+Cli+K(u+Ticeqj+kegyl=(P(1)式中：T】为速度相关型阻尼器在结构中设置的位置与数量向量；Ce。和ke分别为阻尼器的阻尼与刚度，当使用液体粘滞阻尼器时，ke。=0；和y分别为阻尼器相对于结构的速度和位移。图2风振控制用液体黏滞阻尼器Fig.2Liquid viscous damper for wind vibration control液体黏滞阻尼器是成熟的耗能原件，不但可以用于抗风，还使结构可以有效地提高抗地震能力，特别是具有以下优点：（1）不同于TMD/TLD，全面提高阻尼比；（2）对附属结构起到很大减振作用，特别是玻璃幕墙、室内各种设备的减振；（3）可以减少剪力墙的厚度；（4）很快就可以起到减振作用。液体黏滞阻尼器性能稳定、概念清晰而且造价相对较低。在结构上设置非结构耗能元件可以提高其减振性能已经得到工程界广泛认可。如今在工程应用上，越来越多的结构工程师已经考虑通过设置液体黏滞阻尼器来减少结构的振动，并已有多个工程实例，且在一些安装了阻尼器的建筑结构上已经得到了地震和大风的考验和认证7 。此外，由于建筑上的阻尼器系统安装在柱间，且可以安置在隔墙内，所以理论上既不占用任何使用面积，也不影响室内美观。而且阻尼器系统安装简便，只需要简单的吊装并用销轴连接即可。随着粘滞阻尼技术的逐渐成熟，使用粘滞阻尼器进行风振控制是目前世界上的主流设计思路，表1列出了目前部分安装风振控制装置结构的成功案例。3主主要分析结果为了最大限度降低对结构使用功能的影响，考虑在本结构的7/15/2 8/40/53层5个加强层的环带柱间和墙柱之间布置双排对角连接的阻尼器，再在X向分别加X向阻尼器。具体布置方案如图3所示，共计使用阻尼器44+2 0，共6 4套。为在模型中方便加设，所有双排阻尼器均从X方式在一个区格内添加（中间无交点）。方案的振型信息如表2所示33.1时程数据时程数据使用某风洞提供的风时程数据。舒适度计算使用10 年一遇的风压强度，结构阻尼比取0.0 2。根据风洞实验报告，导致结构X和Y方向顶部加速度最大的风向角分别为110 和18 0 每个风向角的风时程数据分为6 4层，每层有Fx、F，和M，三个分量，计算时将6 4个楼层的数据同时输入，作为一个风向角的计算工况，3.2加速度减振效果本结构在10 年一遇风时程荷载下，结构顶点的加速度减振效果如图4及表3所示。分别取6 3层减振前X和Y方向加速度最大的节点，Joint812和Joint802。由表3可见，结构两方向在减振后的加速度均在0.15m/s的限值以下，满足了规范的要求。3.3顶点位移减振效果本结构在10 年一遇风时程荷载下，结构顶点Joint802的位移减振效果如图5及表4所示。由图表可见，结构在10 年一遇风荷载下两方向的顶点位移有了明显改善。3.4结构位移减振效果为了验证阻尼器对结构位移的减振效果，分别验算了结构在小震、中震、大震（弹性）及50 年、10 0年一遇风荷载下的层间位移角变化情况，如图6、图7 所示。强度计算结构阻尼比取0.0 5，此外，将未减振的结构设置为高于原结构的阻尼比，来对比估计减振后结构的减振效果。所用地震波分别为1940年的El-Centro波NS成分（卓越周期0.55s），1952年的Taft波EW成分（卓越周期1s），以及长周Jun.Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023：442023年6 月工程抗震与加固改造表1泰黏滞阻尼器抗风减振的项目Tab.1Viscous damper anti-wind shock absorption items序号名称和结构类型国家（地区）/城市阻尼器类型及数量日期荷载说明写字楼/公寓，B塔6 1层2 45.1m，C 塔总数：7 21深圳恒裕金融中心中国/深圳2021风高52 层2 43m，阻尼器采用人字支撑用1500kN50mm于抗风总数：12采用套索连接，改善加固高层钢结构的2天津国贸中心A塔中国/天津2012风1000kN100mm舒适度总数：10 81000kN 40mm新建19 1m的39 层钢结构，阻尼器用于3北京盘古大观中国/北京2007、地震&风1000 kN 100mm抗风减震1500kN150mm总数：7 34北京银泰中心中国/北京2006地震&风使用对角连接1200kN100mm新建的54层2 44m商住大楼，使用寿命总数：325弗里蒙特街18 1号美国/旧金山2015地震&风较长的金属波纹管阻尼器，进行抗震2000kN150mm抗风总数：2 0 82栋31层钢筋混凝土住宅建筑，阻尼器6CEC B7-Xinyi建筑台湾/台北市2015风500kN55mm用于抗风总数：30新建的38 层住宅建筑，阻尼器采用7纳舒厄街住宅美国/波士顿2015地震&风150kN250mmtoggle连接，用于大楼抗震、抗风总数：10 0新建的39 层钢混结构住宅建筑，用阻8群光电子总部大厦台湾/新台北市2013地震/风1000 kN 75mm尼器抗地震和抗风总数：12阻尼器安装在高层结构中，用于抗风9Pinnacle塔英国/伦敦2010风1800kN 51mm震，增加居住者的舒适度一栋新建的39 层全玻璃幕墙的办公总数：71055大街2 50 号美国/纽约2009风楼，定制的大承载力的金属阻尼器作为1690 kN 100mm悬臂梁的一部分用于结构的抗风新建的38 层建筑，阻尼器采用直接安总数：6 011亨廷顿大道111号美国/波士顿2000风置和toggle连接方式安置相结合的方1300kN101mm式，用于大厦抗风总数：40新建的37 层建筑，toggle连接的阻尼器12千禧广场美国/波士顿2000风445kN125mm用于控制风振引起的运动总数：2 0新建37 层建筑，Toggle安置的阻尼器用13芳草地大厦美国/旧金山2000风445kN 125mm于抗风、暴雨总数：3新建的国王郡资源回收中心塔楼，阻尼14伦顿传输站美国/华盛顿州2003风290kN75mm器采用对角支撑的方式，用于塔楼抗风总数：8445 kN 57mm新建的机场候机楼，阻尼器用于抗震15博伊西机场美国/博伊西2002地震/风756 kN 84mm抗风979kN 127mmSAFECO体育场（新太平洋总数：8新建棒球场，阻尼器安置在3个移动屋16美国/西雅图1998地震&风西北地区棒球场）3600kN 381mm顶用于抗震抗风总数：40抗风阻尼器，采用对角支撑方式，改善1728州街美国/波士顿1996风670kN25mm该整体修复的高层办公建筑的舒适度总数：12抗风阻尼器联接灯光柱到体育馆维护18拉夫尔威尔逊体育场美国/布法罗1993风50 kN 460mm墙，用于避免基础板锚固失效Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023Vol.45,No.345第45卷第3期陈永祁，等：恒裕融中心项目的风振控制计算分析及现场实测表2结构振型信息Tab.2Structural mode information振型YJKEtabs减振方案16.56666.56926.57547224.69874.57894.58727134.08944.05424.055752期成分比较显著的19 6 8 年日本十胜海域地震时在八户港湾观测到的Hachinohe波（卓越周期约2.7 s）。结构在各工况下的层间位移角最大值减振情况汇总如表5所示。3.5倾覆力矩减振效果为了验证阻尼器对结构倾覆力矩的减振效果，分别验算了结构在10 年、50 年，及10 0 年一遇风荷载下的倾覆力矩变化情况及减振效果，如图8、表6所示。其中10 年风所用结构阻尼比为0.0 2,50 年及10 0 年风所用结构阻尼比为0.0 5。国(a)53、40 层阻尼器布置平面(粗线处)(b）53、40 层阻尼器布置透视图手(c)28、15层阻尼器布置平面(粗线处)(d）2 8、15层阻尼器布置透视图(e）7 层阻尼器布置平面(粗线处)(f）7 层阻尼器布置透视图图3全全楼阻尼器布置方案Fig.3Layout scheme of dampers in the whole building表3结构顶层加速度减振效果（2.5倍均方根值）Tab.3Top-level acceleration shock absorption effect(2.5 times the mean square root value)方向减振前(m/s)减振后（m/s2)减振率（%）X方向0.1460.10031.1Y方向0.1900.14722.6表4结构顶层位移减振效果Tab.4Top-level displacement shock absorption effectof thestructure方向减振前(mm)减振后(mm）减振率(%)X方向1118920Y方向2892658Jun.2023Earthquake Resistant EngineeringgandRetrofitting462023年6 月工程抗震与加固改造0.250.200.150.100.050-0.05-0.10-0.15一减振前-0.20一减振后-0.25(a)X方向0.30.20.101100-0.1-0.2一减振前-0.3减振后-0.4(b)Y方向图4结构顶层加速度反应时程曲线Fig.4Time history curves of top-levelacceleration reaction of structure150减振前一减振后100500-50-100-150(a)X方向300减振前200减振启10001100-100-200-300-400(b)Y方向图5结构顶层位移反应时程曲线Fig.5Time history curves of structural top-leveldisplacement reaction707070606060505050404040一减振前3030一减振前30一减振后一减振前20一减振后2020阻尼比0.0 6一减振后一阻尼比0.0 6 万1010100一阻尼比0.0 60000.00040.00080.001200.0010.0020.00300.0020.0040.006(a)小震(b)中震(c)大震(弹性)图6地震作用下层间位移角曲线Fig.6Interlayer displacement angle curve underseismic action707060605050一减振前一减振前4040一减振后一减振后3030一阻尼比0.0 6一阻尼比0.0 6202010100000.0010.00200.0010.0020.003(a)50年风(b)100年风图7不同重现期下风荷载层间位移角曲线Fig.7Displacement angle curves between wind loads indifferent reappearance periods表5结构位移角最大值减振效果（Y方向）Tab.5Maximum damping effect of displacement angle ofstructure(Ydirection)减振前减振后减振率(%）小震1/8801/9214中震1/3711/3884大震（弹性）1/1791/187450年风1/4901/5073100年风1/4171/434410000000警减振前9000000减振后8000000700000060000005000004000000300000020000001000000-010年风50年风100年风图8不同重现期风荷载Y方向倾覆力矩（MY）Fig.8Wind load Y-directional overturning moment(MY)in different reappearance periods表6 不同重现期风荷载结构Y方向倾覆力矩减振效果Tab.6 Vibration absorption effect of Y-directionalcapping torque of wind load structures in differentreappearanceperiods重现期减振前(kNm)减振后(kNm）减振率（%）10年风738400069977535.250年风818900080668781.5100年风891300087756961.53.6附加阻尼比附加阻尼比采用工程上常用的“比对法”进行估算，此算法也较为容易为人理解。本结构在无阻尼器时，将10 年风工况的振型阻尼比提高1%，即使Earthquake Resistant EngineeringgandRetrofitting2023Vol.45,No.347陈永祁，等：恒裕融中心项目的风振控制计算分析及现场实测第45卷第3期用3%的振型阻尼时，结构Y方向的顶点加速度为0.155；当将振型阻尼比提高2%，即使用4%的振型阻尼时，结构Y方向的顶点加速度为0.133。本方案减振后Y方向顶点加速度为0.146，差值得到附加阻尼比为1.41%。4阻尼比测量理论为了证明设置粘滞阻尼器对抗风的有效性，王森等2 首次提出对设置液体粘滞阻尼器实体结构进行的建筑动力参数测试，这也是在世界范围内的首次对附加阻尼器结构的计算结果进行验证的工程案例，即采用现场实测的方式对结构的动力特性以及风振下的加速度、阻尼器附加阻尼比进行了测量。对建筑物进行阻尼比测试通常采用半功率法和振动衰减法。4.1半功率（带宽）法阻尼比测试（半功率带宽法）半功率法，也称带宽法，阻尼比由反应振幅的减小到峰值的1/2 水平时的频率来确定，即：1(2-f)(2)f。式中：f。为最大振幅对应的频率;fi和fz是反应振幅等于最大振幅乘以1/2 时的频率。这种方法避免了求静位移，可通过测量得到半功率范围及共振时的反应峰值和1/V/2峰值对应的频率得到。4.2自由振动衰减法自由振动衰减法是一种测量粘滞阻尼比的最简单、最常用的方法。对结构施加一个动力脉冲-函数，进行时程积分，得到结构振动位移反应曲线，只要量出曲线的衰减情况，根据式（3）（5）可以计算出结构的阻尼比。$=0/4元+8 8/2 m(3)8=1/k ln(X,/X;+k)(4)Ta=t/k(5)式中：T.为衰减振动的周期;8 为对数减幅系数；$为阻尼比;t为k个周期相应的时间间隔；X，和Xi+k为相隔k个周期的振幅。这种自由振动方法的主要优点是所需的仪器和设备是最少的，可以用任何简便的方法来激振，所要测量的仅为相对的位移幅值。如果确实是前面假定的线性粘滞阻尼，那么对任何一组相隔k次循环的结果，由式（3）所算得的阻尼比应该是相同的。阻尼比往往依赖于所取的振幅，也即在高振幅的自由振动早期部分取相隔k周的结果和在降低很多的反应后期取相隔K周的结果计算，所得阻尼比是不一样的。一般来说，随着自由振动振幅的减小，所算得的阻尼比也减小。为了预测动力反应，必须小心这些振幅相关阻尼比的运用。5现场实验及检测结果5.1测量计划（1）根据大厦设计时的理论计算值选取测量区间。理论计算取10 年一遇风时程，换算为风速27m/s（10 级狂风）。10 年一遇风时程下,加速度测量区间取0.3m/s，位移区间取2 9 0 mm，并根据此数据选取合适的测量设备。（2)在考虑现场安全、合适安装等条件后，根据理论计算值，尽量选取接近6 3层减振前X和Y方向加速度最大的节点，作为测量点。选取5 8 m/s（3 4级风）风时程条件，作为测量环境，根据理论计算，此风时程条件下，可以产生有效的风振数据。同时此风时程环境在工程地点比较容易遇到，并且满足现场安全作业的工作条件。（3)在安装阻尼器前后，进行两次风时程条件相近情况下相同的测量项目。2 次测量后的加速度值，通过计算补偿，实现微小状态测量数据，对比验证理论计算数据。通过2 次测量的位移数据，特别是计算后的阻尼比数据，对比验证阻尼器安装前后，对建筑物舒适度和阻尼比的作用。计算补偿是实际测量时，测量点与设计阶段的设定点不能完全保持一致所做的弥补。主要工作包括通过风向角的判断、风速测量高度的折算、加速度测量位置与计算值最大点之间数值的折算、测量值为去除干扰进行的均分根取值等内容，从而实现通过测量值判断结构是否满足舒适度设计要求。（4）测量时，将传感器放置在建筑物上，减少传感器本身的振动误差。选择10 0 0 Hz的采样频率，600s的时间段，对建筑振动进行采样，在风时程相近的情况下，最好每个方向，每次采样3个时间段。后期采用专业数据处理软件，对数据信息进行滤波整理，进行加速度、速度、位移转换、阻尼比计算等专业分析。根据数据分析结论，完成最终测量总结。5.2测量设备5.2.1传感器表7 列出了在测试中所使用的仪器型号以及参Jun.Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023.482023年6 月工程抗震与加固改造数、测试精度等数据。表7采集信号传感器列表Tab.7List of capture signal sensors参数速度传感器加速度传感器型号WS-PSH-560ULT2032V量程0.01611m/s0.1g,0.98m/s2灵敏度0.00179m/s0.1972m/s2（每伏特）分辨率0.008mm/s0.006mm/s2频率范围0.1 30Hz0.05500Hz对超过30 Hz的高频灵敏度加速度传感器对特性减低，对低频信号感应增强，接近量程下限的可采集到微弱信号信号感应不灵敏5.2.2采集仪和软件WS-5936/U16便携式数据采集仪是一种精密的便携式测试仪器，将传统的数据采集系统与计算机及数据采集软件完美结合到一起，通过操作触摸屏实现数据采集、动态显示示波、数据分析处理等功能。本仪器可广泛用于高校教学和结合教学的科研工作，尤其是野外作业需配备的理想设备。本仪器上面板内嵌10.1寸的电容式触摸屏液晶显示器，用于显示软件界面以及通过触摸屏实现数据采集、分析处理等操作；仪器内置工控机主板，采用无风扇散热设计，基于IntelBayTrail架构的四核应用处理器具有超强的图形处理能力及应用计算能力，采用Win7操作系统，是基于嵌人式系统的数据采集分析仪器，采用高分辨，高速AD进行数据采集，大容量存储最高可达16 GBytes。本仪器内置VibSYS软件以及数据采集模块，通过操作触摸屏实现数据采集、动态显示示波、数据分析处理等功能。内置充电电池，10.1寸触摸显示屏，体积小，重量轻，适用于野外测试使用。设备现场测量图（见图9）、采集仪和不同传感器分别由独立直流电源供电5.3结构基频测量东西向结构自振频率为0.18 3Hz，转换为周期5.4645s，此数据是通过2 两个传感器多次采集测量，并相互复核取得一致后得到的。图10 为加速度频域曲线，这个周期数值比设计计算值小1s(6.575s)。南北向结构自振频率为0.2 7 5Hz，转换为周期3.6364s，此数据是通过2 个传感器多次采集测量，并相互复核取得一致后得到的。这个周期数值比设图9测试设备现场布置照片Fig.9On-site layout photos of test equipment计计算值小将近1s（4.58 7 s）文件：加速度.FRQ通道：1最大值=0.0 0 16 1（频率=0.18 3Hz）采样频率=10 0 0.0 0 Hz0.200.18于0.16(s/U-01x)0.140.120.10于0.080.06于0.040.02于0.0000.10.20.30.40.50.60.70.80.9频率(Hz)图10建筑B座东西向加速度频域曲线Fig.10The east-west acceleration frequency domaincurveofBuildingBlockB5.4阻尼比测量在阻尼器安装过程中，笔者分别在2 0 2 10 7 号台风查帕卡和2 0 2 118 号台风圆规生成并对深圳产生影响下，对结构进行了测量（见图11）。1008(a)(b)图11现场实测风速值Fig.11On-site measured wind speed value测量选择了在2 次台风的作用下进行，据当地气象部门公布的数据附近发生的最大实测风速是10.7m/s，但实测场地所在处风速未达到十年一遇风的情况。图12 为B座东西向设置阻尼器前后速度曲线Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting2023Vol.45,No.3.49陈永祁，等：恒裕金融中心项目的风振控制计算分析及现场实测第45卷第3期图，在两次测量中，建筑主结构没有大的变化，同时在2 次测量中分别考虑未连接阻尼器和连接阻尼器两种情况，最终测量得到安装阻尼器后阻尼比值有百分之二以上的较大提升，主要来自于阻尼器的减振吸能的作用。测量数据的处理分别采用半功率带宽法和衰减法对多组波段计算阻尼比值。半功率带宽法根据程序对频率谱线进行分析，其优点是减小持续外力的干扰，缺点是随机性较高。表8 中节选的阻尼比是多次选取计算的结果，对比后选择密集区偏大数值。表8 半功率带宽法阻尼比测量结果Tab.8Measurement results of damping ratio by half-powerbandwidthmethod阻尼器安装前阻尼器安装后2021.7.202021.10.13采集时间（2 0 2 10 7 号（2 0 2 118 号台风查帕卡）台风圆规）测量地点60层东北侧59层东北侧最大速度(mm/s)1.516.22最大位移（mm）1.315.41最大加速度(mm/s?)1.737.15阻尼比6.18.5测量日最大风速（m/s）8.9(东北风）10.7(东北风）文件：B塔东西向无阻尼器-速度-10 0 0 HZ.TIM通道：1最大值=1.51（时间：8 2 2 s）采样频率=10 0 0.0 0 Hz2.01.61.20.8(s/uu)0.40.40.8-12-1.62.001202403604806007208409601,0801,200时间(s)(a)7.20东西向无阻尼器文件：SD11.TIM通道：1最大值=3.47（时间：8 2.3s）采样频率=10 0 0.0 0 Hz5.04.03.0(s/u)单2.01.00.0-1.0-2.0-3.04.0-5.0060120180240300360420480540600时间(s)(b）10.13东西向有阻尼器图12B座东西向设置阻尼器前后速度曲线图Fig.12Without/Withdampersvelocitycurves of Block Beast-west衰减法是根据阻尼比定义执行，理论上更为准确。但实测中收到持续外力干扰大，一般选取落差明显的相邻波段。个别波段因振幅较小，受干扰后波形混乱，阻尼比偏大。衰减法可以作为阻尼比测量的对比参照。衰减法验证选择图形衰减比较明显的波段，利用衰减法，求取相邻2 个波段的阻尼比。表9 和表10 给出了安装阻尼器前后通过衰减法得到的结构阻尼比。5.5加速度测量表11为结构顶层加速度实测数值，图13为B座顶层东西向加速度时程曲线，该实测值可以和现场测量得到的速度、加速度、位移以及阻尼比等数值相互之间匹配，属于有效数据。实测的加速度值小于计算值，主要原因是建筑实体结构的效能，优于初始设计参数，并且外部激励未能达到设计十年风。表9 B座安装阻尼器后东西向阻尼比Tab.9East-west damping ratio after installingdampers inBlcokB周期波形1顶波形1底 波形2 顶波形2 底阻尼比名称点A11点A12点A21点A22(%)第一组12.951-2.6961.793-2.2623.9第二组11.524-1.3120.681-0.56513第三组12.099-2.5481.972-1.0756.7第四组14.579-3.6392.418-2.7537.3第五组23.407-3.2031.763-1.146.5第六组32.878-3.1451.329-1.8883.3表10B座未安装阻尼器的东西向阻尼比Tab.10Block B uninstalled damper east-west damping ratio周期波形1顶波形1底波形2 顶波形2 底阻尼比名称K点A11点A12点A21点A22（%）第一组11.464-1.2930.957-1.1324.4第二组10.698-0.7810.6-0.563.8第三组11.231-1.4621.193-1.0073.2表11结构顶层加速度实测数值列表Tab.11List of measured values of top-levelacceleration of structures项目加速度传感器速度传感器加速度数值(mm/s)10.067.15注：测量设备灵敏度（每伏特）0.19 7 2 mm/s。5.6测量现场的实际情况在测量过程中，对结构自振频率、阻尼比、加速度测量影响的主要因素有：建筑未封顶，高度不一致；玻璃幕墙完成的30%，集中在中下层，影响结构自重、风压受力面积、结构内部力学分布等；建筑内辅助支撑及内部围墙结构未完成，影响结构自重、结Jun.Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting202350.2023年6 月工程抗震