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基于瑞雷阻尼算法的高层结构风振控制优化分析
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汪大洋，周云
广州大学土木工程学院，广东（510006）
E-mail：zhydxs@163.com
摘 要：本文针对高层结构体系的风振控制，引入瑞雷阻尼算法对其进行风振优化分析，介
绍了 MPD(Mass proportional damping)和 SPD(Stiffness proportional damping)两种结构体系，
阐述了 MPD 结构体系和 SPD 结构体系用于结构风振控制的基本原理，给出了风振作用下两
种结构体系进行对比分析的约束条件，研究了两种结构体系的阻尼特性，从理论上推导证明
了 MPD 和 SPD 体系的结构阻尼比
MPD
i
ξ
与
SPD
i
ξ
之间的大小关系，并针对结构风振效应的频域
分析法编制 Matlab 程序对设置 MPD 和 SPD 体系的某高层结构进行风振控制优化分析。研
究表明对于任一
N 层结构体系，当考虑一阶振型或前几阶振型时，设置 MPD 体系的结构阻
尼比均大于 SPD 结构体系，且 MPD 结构体系对高层结构风致振动的减振效果明显优于 SPD
结构体系，因而文中提出的基于瑞雷阻尼算法的风振控制方法对于抑制高层结构的风致振动
是合理有效的，为高层结构风振控制提供了新途径。
关键词：高层结构；风振控制；瑞雷阻尼算法；粘滞阻尼器；优化分析
中图分类号：TU973+.23 文献标识码：A
0 引言
结构中阻尼器位置和参数的优化设计一直以来都是结构工程界关注的热门课题之一，国
内外专家学者在该领域做了大量探索性和可行性的分析研究
[1-4]
，取得了卓有成效的成果。
Gürgöze、Müller、Hahn、Sathiavageeswaran 等人
[5,6]
研究了在总粘滞阻尼系数相等的情况下
阻尼器在剪切型框架结构的层间优化设置；Soong、Gluck、Takewaki 等人
[7-11]
基于遗传优化
理论研究了阻尼器在结构层间设置时的位置和参数优化；Xu、Zhang 等人
[12-15]
针对阻尼器在
结构的层间设置进行了一定的理论分析研究；欧进萍等人
[16]
研究了结构被动耗能减震装置
的最优参数设计；周云等人
[17,18]
研究了粘弹性阻尼器在结构中的最优设置及其优化设计方
法，Singh、Silvestri、Trombetti 等人基于瑞雷阻尼算法对阻尼器的优化设计进行了分析研究
[19-23]
，提 出 了 MPD 体系和 SPD 体系的优化设计理论，给阻尼器在结构中的优化设置开辟了
新的空间。
然而，这些研究几乎全部针对结构的地震动反应进行优化分析，很少或未曾涉及到高层
结构风振控制的优化反应分析，而诸如此类的参数优化分析研究对于高层结构风振控制设计
的合理性与经济性而言是非常重要的。文献[24-26]采用遗传算法对高层钢结构的风振振动进
行了优化控制分析，研究了结构风振控制中阻尼器参数及其布置位置的最优分布模式。本文
在文献[25]的基础上，进一步对高层结构的风振优化设计展开研究，介绍MPD结构体系和
SPD结构体系用于结构风振控制的基本原理，研究MPD和SPD两种结构体系的阻尼特性，并
从理论上推导证明MPD和SPD体系之间结构阻尼比的大小关系，最后通过设置MPD和SPD
体系的高层结构算例进行风振控制优化分析，证明基于瑞雷阻尼算法的风振控制方法对于抑
制高层结构的风致振动的合理性、有效性。
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本课题得到高等学校博士点学科专项基金（200810780001,20061078001）和广东省自然科学基金团队项目
（8351009101000001）的资助。
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