結構之風力載重及受風反應研究-子計畫三：側向與扭轉互制效應下高層建築之減振控制與風洞試驗(III)

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題名:	結構之風力載重及受風反應研究-子計畫三：側向與扭轉互制效應下高層建築之減振控制與風洞試驗(III)
其他題名:	Vibration Control of High-Rise Buildings with Lateral-Torsional Motion and Wind Tunnel Experiments (III)
作者:	吳重成
貢獻者:	淡江大學土木工程學系
關鍵詞:	高層建築;結構控制;調頻液柱阻尼器;主動質塊阻尼器;扭轉反應;風洞試驗;校正基準平台;基準問題;High-rise Building;Structural Control;Tuned Liquid Column Damper;Active Mass Driver;Torsional Motion;Wind Tunnel Test;Calibration Platform;Benchmark Problem
日期:	2004
上傳時間:	2009-03-16 14:41:00 (UTC+8)
摘要:	台灣近年來經濟急速起飛，導致社會高度都市化，人口多集中都市地區，再加上都市用地面積有限，在經濟效益之考量下，建築物有愈蓋愈高的趨勢。由於結構物的高度增加，使得其勁度較一般建築為小，當受到風力擾動時，往往會造成過大的結構反應，尤其高層建築更為明顯，整個結構物來回振盪的結果，除了有安全上之顧慮外，也會造成使用人員不舒適及精密儀器之損壞。尤其台灣屬於海島型氣候，颱風及季風一年四季交替發生，風害對高層建築具有潛在的威脅，如何減低高層建築受風力作用時所產生的振動問題實為目前工程界亟須解決的要務。欲解決上述振動問題，研究發現結構控制可提供有效對策。結構控制可分為主動及被動控制兩種不同的型式。近年來，結構控制在高樓抗風減震的應用已漸行普遍，其中被動式結構控制包括調諧質塊阻尼器（Tuned Mass Damper， TMD）、調諧液體阻尼器（Tuned Liquid Damper， TLD）及調諧液柱阻尼器（Tuned Liquid Column Damper， TLCD）之發展較為成熟，已漸為美日澳等先進國家的許多新建高層建築大樓、機場塔台及纜索支撐橋塔所採用，作為抗風減振之裝置。此類型被動裝置之基本原理乃是藉共振原理使振動能量重新分配，由於質塊（TMD）或液體（TLD、TLCD）之振動吸收結構部份振動能量並利用阻尼器自身具備之阻尼特性予以消能。另外主動式結構控制中使用主動調諧質塊阻尼器（Active Tuned Mass Damper，ATMD）或主動質塊驅動器（Active Mass Driver，AMD）之發展亦頗為成熟，主動控制雖然需要電力供給，但因為風載無時無刻存在，控制機構須長期一直持續運作著，成本效益頗高，非常適合抗風減振應用，而且主動式結構控制之優點為減振效果較被動式優越。筆者近年來投注心力以風洞試驗進行高層建築之抗風減振研究，目前已完成方形斷面之高層建築之AMD 主動控制應用與氣彈力風洞試驗驗證，本研究計劃延續先前之研究導向，提出對於具狹長型矩形斷面之高層建築，應用結構控制之抗風減振研究，目的在就抖振及渦散引起的側向及扭轉向互制之振動問題，以風洞試驗方式驗證結構控制（包括主動與被動控制）之可行性。研究內容預計在91、92、93 年度三年期間完成，91 年度計畫（三年期之第一年， 1/3）已完成，92 年度（三年期之第二年，2/3）目前進度已達60%，93 年度（今年度，三年期之第三年，3/3）將為本計畫書明列之第一年。91 年度之重點在於建構具側向與扭轉向位移之多自由度氣彈力實驗模型及系統識別、建構同外型之氣動力模型及建立其風力頻譜，並進行無控制之風洞試驗。92 年度（2/3）之重點在設計建構調頻液柱阻尼器（TLCD），並架構一水平向之震動裝置（校正基準平台），進行元件性能之測試與校正，並進行被動控制下模型反應之數值模擬。93 年度（今年度，3/3）之重點在藉多自由度氣彈力實驗模型之風洞試驗，探討扭轉與側向反應同時存在時之氣彈互制效應與應用主動控制（AMD）之減振對策與實驗驗證。本研究藉風洞模擬真實流場探討結構受風反應，近程目標為經由結構控制（包括主動與被動控制）實驗獲取對高層建築側向及扭轉向振動問題之寶貴經驗，供爾後落實實際工程之參考;遠程目標為配合國際間結構控制相關學術組織正擬提出之第二代風擾振動基準問題(Benchmark Problem)，提供爾後學者一合乎真實情況之物理模型，供學術界作為控制效果之比較平台。 Due to the economical development of Taiwan in the past decades, the modernization renders to the rapid population growth in cities, and further facilitated more and more construction of higher buildings in many urban areas where the space is highly limited. Because of their stiffness lessened, these buildings become more susceptible to wind excitation. Especially for high-rise buildings, the wind-induced responses, including displacement and acceleration on which building serviceability and comfort of occupants depend, are frequently excessive. Therefore, searching a possible solution to relieve the threat of wind hazard to high-rise buildings in Taiwan, where is even located in the typhoon-prone region, is inevitable and compulsory.
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