Passive Control of Wind-induced Vibration of Tall Buildings Using Combination of Controlled Mega-Sub and Secondary Skin Systems

Khodaie, Nahmat (2018) Passive Control of Wind-induced Vibration of Tall Buildings Using Combination of Controlled Mega-Sub and Secondary Skin Systems. Doctoral thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (کنترل غیرفعال ساختمان‎های بلند در مقابل باد با ترکیب روش‎های مگاساب کنترل‎شده و سیستم رویه ثانویه)
Nahmat Khodaie.pdf

Download (490kB) | Preview

Abstract

The present study proposes a new structural system to reduce the wind-induced vibrations of super-tall buildings. The proposed structural system is a combination of an exterior tubular structure and an interior or core structure, and consists of two upper and lower parts. At the upper part, the exterior and core structures are isolated from each other. Damping devices are used in this part to limit the relative flexural motion between the exterior and core structures, and control wind-induced motions of the building by dissipating the vibration energy. In order to demonstrate the control effectiveness of the proposed structure, a numerical example of a super-tall building is presented, and the along-wind and crosswind responses are obtained using the frequency domain analysis of multi-degrees-of-freedom lumped mass models. The control performance of the proposed system is compared with that of the structure controlled by the tuned-mass-damper (TMD) system. The results demonstrate that the proposed control structure, which is a self-control system, can effectively reduce the wind-induced vibrations of super-tall buildings and improve occupant comfort during strong wind excitation. Beside this work, in the present study the effect of the number of the isolated substructures on the wind-induced vibration control of the passive controlled mega-sub (PCMS) systems is investigated. According to the numerical investigation on an example super-tall building, up to 90 percent of the control capability of controlled PCMS systems can be achieved by the system having only one isolated substructure. This option of PCMS systems, which shows very high control efficiency compared with the tuned mass damper (TMD) systems, is practically an exceptional option of PCMS systems and can be used as an economical and practical option for the wind-induced vibration control of tall and super-tall buildings. Using this result, another control idea is proposed and evaluated for reducing the wind-induced vibration of tall TV towers. Based on the proposed idea a portion of the structure of the towers at the observation deck is isolated and regarded as a vibration absorber substructure. In order to investigate the effectiveness of the the proposed system, the 310-m tall Nanjing TV tower in China, which has two observation decks at the heights 180 m and 240 m, is studied. The results indicate that the proposed self-control structural system has higher vibration control capacity than the TMD system. In the proposed system, since a part of the main structure performs as a vibration absorber, the limitations of the TMD system are overcome.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Persian Title: کنترل غیرفعال ساختمان‎های بلند در مقابل باد با ترکیب روش‎های مگاساب کنترل‎شده و سیستم رویه ثانویه
Persian Abstract: تحقیق حاضر، سیستم سازه‎ای جدیدی برای کاهش ارتعاشات ناشی از باد ساختمان‎های بلند و فوق بلند پیشنهاد می‎دهد. سیستم سازه‎ای پیشنهادی، ترکیبی از سازه بیرونی جداره‎ای و سازه داخلی است و شامل دو بخش ارتفاعی می‎باشد. در قسمت فوقانی، سازه‎های بیرونی و داخلی از هم جدا می‎باشند و میراگرهایی بین آن‎ها نصب می‎گردد تا ضمن کاهش حرکت نسبی بین سازه‎های داخلی و بیرونی، با جذب و مستهلک نمودن انرژی باد، ارتعاشات ناشی از نیروهای دینامیکی باد را کاهش دهد. به‎منظور ارزیابی قابلیت کنترل سیستم پیشنهادی، مثالی از ساختمان فوق‎بلند ارائه گردید و پاسخ انحراف معیار جابجایی و شتاب عرضی و طولی سازه در برابر باد، به‎روش تحلیل حوزه فرکانس سیستم‎های چند درجه آزادی با جرم‎های متمرکز، تعیین شد. قابلیت کنترل سیستم پیشنهادی، با سیستم جرم میراگر تنظیم شونده مقایسه گردید. نتایج نشان می‎دهد سیستم پیشنهادی، که دارای قابلیت خودکنترلی می‎باشد، به‎طور موثری ارتعاشات ناشی از باد سازه‎های فوق بلند را کاهش می‎دهد و آسایش ساکنین را در طی شرایط باد شدید ارتقاء می‎دهد. در این مطالعه علاوه بر تحقیق فوق، تاثیر تعداد زیرسازه جداشده در قابلیت کنترل سیستم مگاساب کنترل شده بررسی گردید. براساس تحلیل عددی بر روی مثالی از ساختمان بلند، حدود 90 درصد از ظرفیت کنترل سیستم مذکور، توسط سازه مگاساب حاوی فقط یک زیرسازه جدا شده قابل حصول می‎باشد. این گزینه، که در مقایسه با سازه مجهز به سیستم جرم میراگر تنظیم شونده، دارای قابلیت کنترل بالایی می‎باشد، از نظر کاربردی گزینه خاصی از سیستم مگاساب کنترل شده می‎باشد و می‎تواند به عنوان یک راهکار اقتصادی و عملی برای کنترل ارتعاشات ساختمان‎های فوق بلند مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از نتیجه فوق، ایده کنترلی جدیدی برای کاهش ارتعاشات ناشی از باد برج‎های تلویزیونی بلند نیز پیشنهاد گردید و تاثیر آن مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس ایده پیشنهادی، بخشی از سازه برج‎ها در محل سکوی تماشا، از سازه اصلی جدا شده و به عنوان زیرسازه جاذب ارتعاش در نظر گرفته شد. برای تحقیق قابلیت کنترل سیستم پیشنهادی، برج تلویزیونی 310 متری نانجینگ در کشور چین، که دارای دو سکوی مشاهده در ارتفاع‎های 180 و 240 متری می‎باشد، مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داده‎اند که سیستم خود کنترلی پیشنهادی برای برج‎ها، دارای قابلیت کنترل بالاتری نسبت به سیستم جرم میراگر تنظیم شونده می‎باشد و با توجه به‎اینکه در آن، بخشی از سازه اصلی برج به‎عنوان جاذب ارتعاش عمل می‎نماید، محدودیت‎های مطرح در سیستم جرم میراگر تنظیم شونده برطرف می‎گردد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Eimani Kalesar, HoushyarUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 30 Sep 2018 07:05
Last Modified: 30 Sep 2018 07:05
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/134

Actions (login required)

View Item View Item