基于性能化设计的超高层建筑风振舒适度优化策略研究

　　超高层建筑在风作用下易发生显著振动，影响结构安全和使用者舒适度，性能化设计以目标性能为导向，经由可量化分析及反馈控制达成结构与气动性能的协同优化。本文按照性能化的观点来研究如何优化超高层建筑的风振舒适度，给出结构体系、阻尼装置和气动外形三个方面改善路径并结合数值仿真以及参数化方法建立起能够持续演化的舒适性控制模型使安全、经济与使用效果三者之间达到最佳协调。

　　一、性能化设计视角下的风振控制思路

　　性能化设计把使用者感觉和建筑性能指标作为设计目的。就风振舒适度而言，需要对结构响应以及人体加速度的感觉从两个方面来衡量。设计过程以气动载荷模型、结构动力模型、舒适度评估模型为纽带，构成从风环境输入到舒适输出的反馈体系。数值仿真和风洞试验的融合，使得风致响应预测更准确。以数据为主导的性能化流程取代了经验性修正，使得设计阶段的可控性和针对性更强。

　　建筑整体刚度、 质量分布和振动模态直接决定了舒适度表现。用频域分析来识别主振型，确定风振的主要方向以及主要控制层，并建立了结构局部加强以及阻尼布置的响应关系。设计目标也从简单的达到规范限值变为达到感知上的稳定和谐。

　　二、舒适度优化的多层次策略

　　(一)结构体系优化

　　结构体系要兼顾轻质与刚度，核心筒和外框组合体系可以加强整体的侧向刚度并抑制扭转。通过布置层间阻尼连接、 增加局部加强构件和多重耦合环带，可以改善高楼层柔性区域的响应集中。用性能化参数来控制可以在保持材料经济性的同时满足加速的要求。

　　(二)阻尼系统优化

　　调谐质量阻尼器(TMD、调谐液体阻尼器(TLD)为常见的被动减震设备)，利用多目标优化算法对质量比、调谐频率加以调节，则可达到较小的质量消耗即可带来良好的减振效果。黏滞阻尼器、磁流变阻尼器等半主动系统能够自适应控制，根据实时响应来改变阻尼力的大小，提升舒适度调节的动态性。

　　(三)气动外形优化

　　建筑形体属于第一道控制振动的防线。塔身外形线性的逐渐缩小、角落的地方圆弧状、设置空中连廊和通风口等做法可以破坏涡脱落的同步出现情况，降低风激响应。参数化的建模方式可以把风振的数据实时传回给几何生成过程，使得外形可以随着不断地反复去自适应地被改良，以此来达到气动效率与美学表达相统一的目标。

　　超高层建筑风振舒适度控制的关键是围绕性能展开的多层次优化。结构体系、阻尼系统、气动外形的协同设计，让建筑从被动抗风转向主动控风。性能化设计给工程师赋予了可以量化的，能够不断改进的决策工具，让超高层建筑在风里既有理性的结构，又有感性的体验。(作者：陈宗朴 张顺山 作者单位：青岛建设装饰集团)