基于实测风压时程的屋盖结构脉动风特性分析

脉动风特性是结构风致振动分析的重要参数。利用一个大跨度屋盖结构风洞试验的实际风压测试数据,对其测点风压的频谱特性进行了分析。对该工程典型测点的风压自功率谱进行了计算,并进行了谱密度函数的拟合,将拟合的谱密度函数与Davenport谱和Kam ial谱进行对比,对常规准定常假设的合理性进行了讨论。进一步对测点间脉动风压空间相干函数进行了计算,通过与Davenport和盐谷相干函数经验公式对比,发现两者之间有较大差距。     

高层建筑顺风向荷载气动导纳研究

高层建筑顺风向的脉动风荷载通常是基于准定常假设,由来流风速的功率谱密度函数和相干函数求得,其中风荷载和风速功率谱密度对气动导纳函数影响较大。依据10个典型高层建筑模型的同步测压风洞试验数据,对高层建筑各层高度处顺风向荷载的功率谱密度函数和气动导纳函数的特性进行分析,提出了顺风向荷载气动导纳函数的表达式,并针对公式中的具体参数进行了拟合。采用该表达式对一栋实际高层建筑的顺风向风致动态响应进行计算,并与其模型的试验结果进行对比。结果表明:高层建筑顺风向荷载的气动导纳曲线沿高度变化不大,但与其截面形状关系较大,曲线整体呈指数分布,当折减频率小于0.1时,气动导纳数值均接近于1.0。算例结果表明,采用所建议的气动导纳拟合式计算出的风致响应结果与风洞试验计算结果较为吻合,误差在10%以内。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形平面高层建筑横风向风振反应时程的计算方法.在计算过程由横风向脉动风压谱系数公式模拟了建筑结构横风向脉动风压过程,采用N ewm ark法计算了两幢建筑物顶部的横风向风振反应.计算结果表明:在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据具有一定的意义.     

矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数，利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法，提出了一个矩形高层建筑横风向风振反应时程的计算方法供参考。采用Newmark法与Wilson-θ法计算了2栋建筑物顶部的横风向风振反应。计算结果表明，在横风向脉动风压的作用下，结构的风振反应以共振响应为主，非共振响应仅为次要的部分；这与谱分析法得出的结论是一致的；从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的风振反应值，为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

X形超高层建筑层风激励谱计算模型研究

通过X形超高层建筑刚性模型多点同步测压风洞试验,研究高层建筑风荷载阻力系数和升力系数平均值、均方根值沿高度的变化规律,并与矩形高层建筑均方根升力系数进行比较.提出X形高层建筑顺风向与横风向动力风荷载功率谱密度函数、相干函数的计算模型,并根据风洞试验数据进行拟合计算,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好,可以以此为基础进行类似高层建筑顺风向与横风向动力响应的频域计算.     

基于可靠度的风荷载分析

综述了影响统计平均风速的几个因素 ,特别阐述了时距对平均风速的影响。根据Shinozuka的理论和Davenport脉动风速功率谱模拟产生了风速、风压样本 ,并利用蒙特卡洛法分析了忽略脉动风速平方项对脉动风压功率谱密度函数的影响 ,进而分析了其对于风荷载作用下的结构动力响应的影响     

CAARC高层建筑标准模型层风荷载谱数学模型研究

用风洞试验方法在B、D两种地貌下研究了CAARC高层建筑标准模型在不同高度处的顺风向和横风向风荷载的功率谱特性和相干特性。结果显示:不同高度的无因次风荷载功率谱密度具有较好的一致性;在顺风向,不同高度风荷载间的相干特性显示出指数式的衰减规律;在横风向,风荷载在漩涡脱落频率附近有很强的相关性,相干函数值接近于1。根据风荷载沿结构高度变化的特征,进一步采用拟合方法确定了各层风荷载的功率谱密度和层间荷载相干函数的经验公式,建立了层风荷载谱数学模型,并给出了以此为基础计算标准模型风振响应的计算流程。将按照本文模型计算得到的广义力功率谱与高频底座力天平试验的结果作比较,结果吻合较好,证明了本文所提出模型的正确性。     

高层建筑结构施工加载过程对内力计算的影响

通过高层建筑结构算例，考虑施工过程分层施加竖向荷载的作用，对高层建筑结构内力计算进行了分析，得出较为符合实际的考虑施工加载过程的计算结果。     

高层建筑脉动风压谱特性研究

结合长安万科中心写字楼刚体模型测压风洞试验,对高层建筑模型脉动风压谱特性进行了研究,发现迎风面脉动风压谱的试验结果与基于准定常假定获得的脉动风压谱吻合较好,侧风面脉动风压谱的试验结果则可以利用Ohkuma模型谱进行拟合。     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。     

复杂体型高层建筑幕墙的风荷载研究

基于广州某复杂体型高层建筑的风洞试验,分析了幕墙风荷载的平均风压与脉动风压的分布特性及影响平均风压与脉动风压相关性的因素,并按峰值因子统计方法结合风洞试验动态风荷裁时程数据,计算了用于玻璃幕墙设计的极值风压,讨论其适用性和规律性,所得结论对高层建筑幕墙抗风设计有一定的参考价值。     

群体高层建筑风致干扰效应研究进展

在高层建筑抗风设计中,正确地评估邻近建筑对风荷载的影响具有重要的理论和实用价值。从干扰机理、基底荷载干扰以及风压干扰3个方面总结与评述了国内外风致干扰效应的研究进展,列举了各国风荷载规范对干扰效应的条文规定;结合作者所在研究团队近十多年来进行的群体高层建筑的研究成果,对GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》的风致干扰条文进行了补充说明,重点介绍了群体建筑气动干扰的量化方法,并强调了干扰效应的适用条件为折算风速不大于7;根据前期研究存在的问题和实际工程需求,建议进一步开展对群体建筑干扰机理、结构顶部峰值加速度、扭转干扰响应以及不同方向荷载相关性等方面的系统性研究。     

球面壳体表面风压分布特性风洞试验研究

球面壳体是工程中一种常用的屋面结构形式。本文通过刚性模型风洞试验,对不同场地类别下球面壳体表面风压分布进行了同步测量。根据测到的同步风压分布数据,对壳体表面风压场特性进行了分析,包括平均风压系数及脉动风压系数分布、脉动风压的自功率谱及互功率谱分布、风压场的本征正交分解特性、雷诺数对壳体表面风压分布的影响等。结果表明,球面壳体模型表面风压分布受雷诺数的影响明显,且模型的曲面特性使得由风场本征正交分解得到的前几阶特征模态对整个风压分布的贡献增大。该研究为这类结构在抗风分析中风荷载的确定及数值模拟提供试验依据。     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

高耸电视塔脉动风荷载仿真及结构风振响应分析

对合肥电视塔脉动风荷载的仿真及其结构风振响应进行了分析。首先建立了脉动风荷载的功率谱密度函数矩阵。采用频谱表示法 ,仿真得到了作用在合肥电视塔上的与塔高竖向相关的 19条脉动风荷载时程样本。在此基础上 ,采用时程分析方法计算了合肥电视塔的风振动力响应     

大跨度柱面网壳结构风荷载特性风洞试验研究

为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性,在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性,脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下,特征湍流的影响情况不同,平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别;结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且频谱成分复杂,随着气流向尾流区域发展,无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势,且高频段的衰减速度变缓;测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小,当频率达到30 Hz时,其相干函数值快速衰减,可以近似认为不相关。     

Characteristics of wind forces acting on tall buildings

Nine models with different rectangular cross-sections were tested in a wind tunnel to study the characteristics of wind forces on tall buildings. The data was briefly reported (Local wind forces acting on rectangular prisms. Proceedings of 14th National Symposium on Wind Engineering, 4-6 December 1996, Japan Association for Wind Engineering, Tokyo, pp. 263-268.). In the present paper, local wind forces on tall buildings are investigated in terms of mean and RMS force coefficients, power spectral density, and spanwise correlation and coherence. The effects of three parameters, elevation, aspect ratio, and side ratio, on bluff-body flow and thereby on the local wind forces are discussed. The overall loads and base moments are obtained by integration of local wind forces. Comparisons are made with results obtained from high-frequency force balances in two wind tunnels.     

Time-frequency analysis of typhoon effects on a 79-storey tall building

Di Wang Tower located in Shenzhen, PR China, has a height of approximately 325 m and is a 79-storey tall building. This paper presents selected results of full-scale measurements of typhoon effects on Di Wang Tower. Wind speed, wind direction, wind-induced acceleration and displacement responses were simultaneously and continuously measured from the super tall building with anemometers, accelerometers and global position system (GPS) during a typhoon. The advanced data analysis method called Hilbert-Huang transform (HHT) was adopted in this study to analyze the non-stationary characteristics of wind speed and wind-induced responses of this building under typhoon condition. By using the empirical mode decomposition (EMD) method, the measured data were decomposed into several inherent intrinsic mode functions (IMFs). The probability density and power spectral density of fluctuating wind speed were obtained by traditional methods and were further analyzed by considering time-varying mean values of the measured data via the EMD method. The wind-induced responses with non-stationary features were studied by applying the HHT to each IMF for obtaining their instantaneous frequency and Hilbert-Huang composite spectrum. Meanwhile, the transient energy distributions of the wind-induced responses were analyzed in time-frequency domain, which were compared with the traditional power spectral densities obtained from the fast Fourier transform (FFT) method and those from the wavelet transform. Furthermore, the amplitude-dependent damping ratios were determined by combining the EMD and the random decrement technique (RDT) method. Through comprehensive analysis of the measured data, it was testified that the HHT method is a promising tool for the time-frequency analysis of random signal and can serve as a flexible and effective tool for analyzing field data of wind speed and wind-induced response with non-stationary features.