超高層建筑在風(fēng)作用下易發(fā)生顯著(zhù)振動(dòng)，影響結構安全和使用者舒適度，性能化設計以目標性能為導向，經(jīng)由可量化分析及反饋控制達成結構與氣動(dòng)性能的協(xié)同優(yōu)化。本文按照性能化的觀(guān)點(diǎn)來(lái)研究如何優(yōu)化超高層建筑的風(fēng)振舒適度，給出結構體系、阻尼裝置和氣動(dòng)外形三個(gè)方面改善路徑并結合數值仿真以及參數化方法建立起能夠持續演化的舒適性控制模型使安全、經(jīng)濟與使用效果三者之間達到最佳協(xié)調。

　　一、性能化設計視角下的風(fēng)振控制思路

　　性能化設計把使用者感覺(jué)和建筑性能指標作為設計目的。就風(fēng)振舒適度而言，需要對結構響應以及人體加速度的感覺(jué)從兩個(gè)方面來(lái)衡量。設計過(guò)程以氣動(dòng)載荷模型、結構動(dòng)力模型、舒適度評估模型為紐帶，構成從風(fēng)環(huán)境輸入到舒適輸出的反饋體系。數值仿真和風(fēng)洞試驗的融合，使得風(fēng)致響應預測更準確。以數據為主導的性能化流程取代了經(jīng)驗性修正，使得設計階段的可控性和針對性更強。

　　建筑整體剛度、 質(zhì)量分布和振動(dòng)模態(tài)直接決定了舒適度表現。用頻域分析來(lái)識別主振型，確定風(fēng)振的主要方向以及主要控制層，并建立了結構局部加強以及阻尼布置的響應關(guān)系。設計目標也從簡(jiǎn)單的達到規范限值變?yōu)檫_到感知上的穩定和諧。

　　二、舒適度優(yōu)化的多層次策略

　　(一)結構體系優(yōu)化

　　結構體系要兼顧輕質(zhì)與剛度，核心筒和外框組合體系可以加強整體的側向剛度并抑制扭轉。通過(guò)布置層間阻尼連接、 增加局部加強構件和多重耦合環(huán)帶，可以改善高樓層柔性區域的響應集中。用性能化參數來(lái)控制可以在保持材料經(jīng)濟性的同時(shí)滿(mǎn)足加速的要求。

　　(二)阻尼系統優(yōu)化

　　調諧質(zhì)量阻尼器(TMD、調諧液體阻尼器(TLD)為常見(jiàn)的被動(dòng)減震設備)，利用多目標優(yōu)化算法對質(zhì)量比、調諧頻率加以調節，則可達到較小的質(zhì)量消耗即可帶來(lái)良好的減振效果。黏滯阻尼器、磁流變阻尼器等半主動(dòng)系統能夠自適應控制，根據實(shí)時(shí)響應來(lái)改變阻尼力的大小，提升舒適度調節的動(dòng)態(tài)性。

　　(三)氣動(dòng)外形優(yōu)化

　　建筑形體屬于第一道控制振動(dòng)的防線(xiàn)。塔身外形線(xiàn)性的逐漸縮小、角落的地方圓弧狀、設置空中連廊和通風(fēng)口等做法可以破壞渦脫落的同步出現情況，降低風(fēng)激響應。參數化的建模方式可以把風(fēng)振的數據實(shí)時(shí)傳回給幾何生成過(guò)程，使得外形可以隨著(zhù)不斷地反復去自適應地被改良，以此來(lái)達到氣動(dòng)效率與美學(xué)表達相統一的目標。

　　超高層建筑風(fēng)振舒適度控制的關(guān)鍵是圍繞性能展開(kāi)的多層次優(yōu)化。結構體系、阻尼系統、氣動(dòng)外形的協(xié)同設計，讓建筑從被動(dòng)抗風(fēng)轉向主動(dòng)控風(fēng)。性能化設計給工程師賦予了可以量化的，能夠不斷改進(jìn)的決策工具，讓超高層建筑在風(fēng)里既有理性的結構，又有感性的體驗。(作者：陳宗樸 張順山 作者單位：青島建設裝飾集團)