The Effect of Connecting Bridges on Vortex-induced Vibration of Skyscrapers

Abstract

The shapes of slender skyscrapers are unfavourable for carrying horizontal loads. In this paper, we investigate the possibility of improving their structural behaviour by adding urban-scale networks of structural connections among the buildings. We focus on vibrations of skyscrapers in response to wind-induced vortex shedding. We develop a conceptual model of those structural networks composed of springs, dampers and point masses. The proposed model enables rapid numerical simulations involving large networks, which is not possible in the case of more detailed engineering models. The effect of connections, dilatation gaps, and network size are investigated for random collections of high-rise buildings, and triangular networks of horizontal bar connections among them. It is found that connections efficiently reduce vibrations in the network, especially for large network size. This study aims to be a first step towards uncovering the benefits of a novel form of urban development. A karcsú felhőkarcolók alakja kedvezőtlen a rájuk ható vízszintes terhek viselése szempontjából. Munkánkban a szerkezeti viselkedés javítási lehetőségeit vizsgáljuk az épületeket összekötő szerkezeti kapcsolatok városi léptékű hálózata segítségével. Vizsgálatunk középpontjában a szél által kiváltott örvényleválás okozta szerkezeti rezgések állnak. A rendszert rugókból, csillapítóelemekből és tömegpontokból álló koncepcionális modell segítségével írjuk le. Ez a megközelítésmód lehetővé teszi nagy hálózatok gyors numerikus szimulációját, amely részletesebb mérnöki modellek esetében nem lehetséges. Véletlenszerűen generált épületcsoportok, és vízszintes rúdszerű kapcsolatokból kialakított háromszögelt hálózatok esetén vizsgáljuk a kapcsolatoknak, a bennük kialakított dilatációs hézagoknak és a hálózat méretének a hatását. Eredményeink azt mutatják, hogy a kapcsolatok jelentősen csökkentik a hálózat rezgéseit, különösen nagy hálózati méret esetén. A tanulmány célja, hogy kezdeti lépéseket tegyünk egy újszerű városfejlesztési modell előnyeinek feltárására.