基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法与流程

本发明涉及一种基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法，属于建筑设计领域。

背景技术：

目前，传统建筑结构的工程振动控制，主要针对既有建筑结构开展，而对于拟建建筑结构的振动控制响应和评估，则缺乏有效手段。总结之，传统方法的主要缺点有：

(1)建筑结构体系复杂，传统计算和评估方法主要依赖数值手段，其计算模型高度简化，与实际建筑结构相差较大，造成针对拟建建筑结构的振动响应计算不准确。

(2)计算过程繁琐。传统方法在计算拟建建筑结构振动响应时，需要建立复杂的数值模型，此外，为保证精确性，还需反复调整以优化模型，耗时、耗力。

(3)不能快速、有效地对拟建建筑结构进行可研分析。传统方法在进行振动可研分析时，需要较长的时间周期，不能快速、有效地形成可研报告，以确定是否满足振动需求。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法，其可指导拟建建筑结构的振动控制设计。

本发明的再一目的在于提供一种基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法，其解决了成本昂贵、计算过程繁琐等问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法，包括步骤：1)针对拟建建筑结构，确定振动相似性的既有建筑结构；2)确定既有建筑结构的误差谱：确定既有建筑结构中的相似振源点以及相似影响对象点，计算振源点、对象点的模拟频响以确定振源点到对象点的传递函数：振源点、对象点的真实频响以确定振源点到对象点的真实传递函数确定既有建筑结构的误差谱：3)利用振动相似的建筑结构的误差谱一致性，确定待建建筑结构受扰点的真实频响；根据振动相似的建筑结构的误差谱一致性，确定待建建筑结构的误差谱针对待建建筑结构中的振源点以及拟分析受扰点，计算振源点、受扰点的模拟频响以确定振源点到受扰点的传递函数振源点的真实频响由于传递函数关系有振源点到受扰点的真实传递函数为则受扰点的真实频响为4)根据步骤3)的结果，来进行振动控制设计。

在根据本发明所述的一种基于计算与实测误差谱一致性的复杂体系振动设计方法中，

采用有限元的方法计算既有建筑结构中振源点、对象点的模拟频响

采用有限元方法计算待建建筑结构振源点、受扰点的模拟频响

采用扫频振动测试技术，得出既有建筑结构中振源点、对象点的真实频响

采用扫频振动测试技术，得出待建建筑结构振源点的真实频响

本发明的有益效果：

1)评估拟建建筑结构振动响应，指导振动控制设计。本发明针对既有建筑结构振动特征，基于相似性原理，评估拟建建筑结构振动响应，对于指导拟建建筑结构的振动控制设计具有重要意义。

2)改善拟建建筑结构的设计、施工和管理。通过对拟建建筑结构的振动响应评估，可以改善拟建建筑结构的设计、施工和管理，以促进拟建结构在实际使用时振动控制水平满足要求。

3)节约经济成本。本发明在拟建建筑结构在建和投入使用过程中，有效地评估其振动响应和振动控制效果，避免了后期出现振动问题、进行结构加固改造以及开展其它振动控制措施，造成较大的负面经济效应。

4)适应现代工程振动控制诉求。本发明可针对拟建建筑结构，开展其振动响应计算和振动控制评价，克服了传统方法基于既有建筑结构的被动解决策略，更符合现代工程诉求。

附图说明

图1是建筑结构中的振动响应相似图；

图2是拟建建筑结构的振动响应计算方法的流程图。

具体实施方式

为使本的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图进行详细说明。

如图1与图2所示，

拟建建筑结构的振动响应计算方法包括以下步骤：1)针对拟建目标建筑结构，确定振动相似性最优的既有建筑结构，建筑结构振动相似性原理中相似性的主要因素有：建筑外形相似、结构设计形式相似、场地特性相似、周围环境相似、振源类型相似以及内属设备工艺相似等；其中建筑外形相似指建筑面积，建筑高度，建筑物的层次相似。结构设计形式相似指上部结构设计和基础设计均相似，上部结构设计包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构、砌体结构；根据工程地质勘察报告、上部结构类型及上部结构传来的荷载效应和当地的施工技术水平及材料供应情况确定基础的形式，材料强度等级，基础设计一般有浅基础(如：独立基础、条形基础等)和深基础(如：桩基)。场地特性相似包括地形地势、地表植被、景观资源、排水类型、土壤承载、日照等的相似。周围环境相似包括周围的自然风景、周围的建筑物群体、周围的道路交通的设计相似。振源类型相似包括工厂振源、公路交通振源和铁路振源、建筑施工振源相似。内属设备工艺相似包括通气、通水、通油管道，通讯、输电线路，电梯设备等相似。

即针对待建建筑结构中的振源C点以及拟分析受扰点D点，确定既有建筑结构中的相似振源A点以及相似影响对象B点，采用有限元方法计算A点、B点的模拟频响以确定A点到B点的传递函数接下来，基于扫频振动测试技术，得出A点、B点的真实频响以确定A到B的真实传递函数并定义针对既有建筑结构的“误差谱”：

中ωi指频率，下标代表A、B点，上标指模拟频响；中ωi指频率，下标代表A、B点，上标指真实频响。

2)误差谱一致性原理，即假设振动相似建筑结构的误差谱一致(或者近似一致)，则有

3)基于误差谱一致性的拟建建筑结构振动响应的计算方法如下，针对拟建建筑结构，采用有限元的方法计算C点、D点的模拟频响以确定C点到D点的传递函数并基于实际振动测试技术，得出C点的真实频响由于传递函数关系有C到D的真实传递函数为则D点的真实频响为

中ωi指频率，下标代表C、D点，上标指模拟频响；中ωi指频率，下标代表C点，上标指真实频响。

4)根据步骤3)的结果，来进行振动控制设计。

本领域技术人员可以结合现有技术采用有限元的方法计算得到A、B、C、D点的模拟频响。

有限元分析是利用近似数学的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件)，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元，例如用多边形(有限个直线单元)逼近圆来求得圆的周长。

本领域技术人员可以结合现有技术采用扫频振动的方法得到A、B、C点的真实频响。

扫频振动是指用一个连续变化但不间断的频率进行振动的测试方法，本发明中可采用1Hz、2Hz、3Hz….100Hz的频率进行振动测试求值。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。