一、引言

城镇化建设推进与建筑技术革新，推动超高层建筑向超高、超柔、轻量化方向发展，此类结构竖向刚度逐层递减、结构阻尼偏小，风荷载成为控制结构设计与服役安全的核心荷载。超高层建筑长期处于自然风荷载往复作用下，高频次、周期性的风致振动会使结构主材持续承受交变应力，引发微观裂纹萌生、拓展与累积，形成不可逆的材料疲劳损伤。传统风振控制设计普遍采用初始无损线弹性结构模型，仅针对结构瞬时振动响应开展控制设计，未考虑全生命周期内材料累积损伤带来的结构性能劣化问题。随着服役年限增加，材料损伤不断累积，会造成结构自振周期延长、刚度衰减、阻尼特性退化，进一步加剧风致振动响应，形成“振动加剧—损伤累积—结构弱化”的恶性循环，严重威胁建筑结构安全与使用舒适度。当前行业内针对风振控制与结构损伤的独立研究较多，但二者耦合作用下的精细化控制研究较为薄弱，缺乏适配材料损伤演化全过程的风振控制体系。基于此，本文开展考虑材料累积损伤的超高层建筑风致振动控制研究，厘清损伤与风振的耦合机理，提出科学适配的振动控制策略，弥补传统设计的短板，提升超高层建筑长期服役的抗风性能与振动控制效果。

二、超高层建筑风致振动与材料累积损伤耦合机理

超高层建筑风致振动属于典型的非线性动力响应过程，自然风的脉动特性会使结构产生往复弹性与塑性变形，是诱发材料累积损伤的核心外因。超高层建筑主体钢结构与钢筋混凝土结构主材，在交变风荷载作用下，内部晶粒会持续产生位错运动，逐步形成微观损伤，随着振动次数增加，微观裂纹不断汇聚拓展，形成宏观疲劳损伤，造成材料力学性能持续劣化。材料累积损伤具有显著的渐进性与不可逆性，初期损伤仅改变材料局部力学参数，对结构整体动力特性影响微弱；随着损伤持续累积，结构整体弹性模量降低、刚度衰减、阻尼比异常波动，结构动力固有参数发生偏移，导致原有风振控制参数适配性下降。同时，结构刚度弱化会进一步放大风致振动的位移、速度与加速度响应，增大结构交变应力幅值与循环次数，反向加速材料损伤演化进程。二者形成的耦合效应，会持续加剧结构动力响应的非线性特征，使得超高层建筑长期风振服役过程中的振动失控风险大幅提升，这也是无损线性假定下传统控制方案长期失效的核心原因。相较于地震荷载的瞬时损伤，风荷载作用周期长、频次高，材料累积损伤的持续性、渐进性特征更为突出，对结构风振稳定性的长期影响更为显著。

三、材料累积损伤对超高层建筑风振响应的影响规律

材料累积损伤通过改变结构核心动力参数，全方位影响超高层建筑风致振动响应规律，核心影响集中在结构自振特性、振动幅值与响应频率三个维度。在自振特性方面，材料疲劳损伤会持续弱化结构整体刚度，降低结构等效阻尼，使结构各阶自振周期逐步延长，易引发风荷载脉动频率与结构自振频率耦合共振，大幅提升共振风振破坏风险。在振动幅值方面，结构刚度衰减与阻尼性能退化会削弱结构自身耗能与减振能力，导致顺风向、横风向风振位移与加速度响应显著增大，不仅降低建筑使用舒适度，还会进一步扩大结构应力循环幅值，加速损伤累积。在响应频率方面，损伤累积会改变结构刚度分布均匀性，引发结构局部动力响应异常，出现高频微振与低频大幅振动叠加的现象，加剧结构动力响应的无序性。此外，材料损伤存在空间分布不均的特性，超高层建筑上部结构受风荷载作用更显著，振动幅值更大，损伤累积速率更快，会形成结构上部刚度弱化、下部刚度相对完好的非均匀损伤分布，导致结构整体受力与振动响应失衡，进一步提升风振控制难度，使得传统统一化振动控制策略难以适配结构全生命周期服役需求。

四、考虑材料累积损伤的风致振动优化控制策略

基于风振与材料累积损伤的耦合机理及影响规律，以全生命周期稳定减振、抑制损伤演化、适配结构性能劣化为核心目标，构建多维度协同风振控制体系，突破传统无损工况下的单一控制局限。首先，推行损伤适配型参数优化控制，摒弃固定参数控制模式，依据结构材料损伤演化规律，建立刚度、阻尼动态修正机制，根据服役周期内结构动力参数的劣化趋势，动态调整减振装置控制参数，保证不同损伤阶段的风振减振效率。其次，采用被动减振结构优化，优化调谐阻尼装置布置形式，结合超高层建筑上部损伤集中、振动显著的特点，重点强化上部结构减振配置，通过提升结构附加阻尼比，增强结构风振耗能能力，从源头降低交变应力循环幅值，延缓材料疲劳损伤累积速率。同时，优化结构局部构造，均衡结构刚度分布，弱化非均匀损伤带来的振动响应失衡问题，规避局部共振风险。最后，建立损伤-振动联动控制机制，结合结构损伤实时演化状态与风荷载工况，实现振动控制的动态适配，兼顾瞬时减振效果与长期损伤抑制，打破振动与损伤的恶性循环，实现超高层建筑风振控制的精细化、长效化设计。

五、结论

超高层建筑长期风致振动引发的材料累积损伤与结构振动响应存在显著的双向耦合效应，是影响建筑长期服役安全的关键问题。材料累积损伤会造成结构刚度衰减、阻尼退化、自振特性偏移，放大风致振动响应，而加剧的振动效应又会加速材料疲劳损伤演化，形成恶性循环，传统基于无损线弹性假定的风振控制方法无法适配结构全生命周期服役需求。研究完善了超高层建筑风振精细化控制理论，可为超高层建筑全生命周期抗风设计、振动控制及安全防护提供理论参考，对提升超高层建筑服役稳定性与耐久性具有重要工程意义。

参考文献

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