十字形超高建筑间距对建筑群的干扰效应影响研究

为研究十字形超高层建筑组成的建筑群的风荷载干扰效应,本文基于计算流体力学Realizable K-e模型,数值模拟了单体十字形超高层建筑和由十字形超高层建筑组成的建筑群在不同间距(24m、30m、36m)下的风环境及建筑表面风荷载,获得了其建筑表面风压、风荷载局部体型系数、等效静风基底弯矩及干扰因子等结果,将两者结果进...     

高压户内直流场建筑屋盖设计体型系数研究

户内直流场建筑属于重要的大跨度结构,几何尺寸变化多样,体型系数的确定是合理结构设计的前提。首先结合风洞试验与CFD数值模拟技术分析户内直流场建筑屋面的风荷载特性,研究了不同长宽比、高跨比下屋盖表面的平均风压系数分布。通过参数分析发现,随着长宽比增大,屋面受到的风吸力增大,而高跨比对屋面风荷载特性的影响则不明显。为了方便工程设计,对户内直流场建筑表面进行分区,给出典型风向角下不同长宽比屋盖的分区体型系数,可供设计提供依据。     

复杂地形下超高层双塔建筑风荷载特性研究

处于大气边界层中的建筑,由于流体存在着复杂的涡旋以及流动分离,建筑表面的风荷载十分复杂。对于位于城市中心的超高层双塔建筑,地势高差大,其风荷载特性更是复杂。要对这类建筑进行精细化分析,必须详细研究地形及周边建筑对建筑风荷载的影响。本文以刚性模型测压试验为基础,分别研究了超高层双塔建筑的局部风压体型系数、脉动风压系数、层阻力(升力)系数及层阻力(升力)功率谱。并研究了地形、周边建筑对建筑风荷载特性的影响,以及双塔之间风荷载的干扰作用。为复杂地形下超高层双塔建筑风荷载研究提供了参考。     

装饰条干扰下超高层建筑表面风压系数及风荷载体型系数研究

为解决因幕墙装饰条对超高层建筑外表面风压分布造成干扰使其分布不均衡导致的装饰条掉落问题,基于Davenport脉动风速功率谱及拟合函数、LES湍流模型和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)的推荐计算公式,利用计算流体动力学方法对装配不同型号装饰条的超高层建筑进行三维风场流体模拟。研究了超高层建筑及装饰条自身表面的风压分布特征和装饰条风荷载体型系数随其横截面体型特征及布置间距变化的规律。结果表明：超高层建筑外表面平直区域风压极值增高,拐角过渡区域风压极值降低,配置装饰条能够改善建筑表面拐角区域风压突变现象;当装饰条横截面为矩形时,其正侧表面的风荷载体型系数随截面高度增大而增大,横截面为梯形时,其侧表面的风荷载体型系数随下底的减小而减小,风荷载体型系数随装饰条间距变化的趋势不明显。     

基于极值相关性的超高层建筑风荷载组合研究

为研究不同长宽比超高层建筑三维风荷载组合,通过高频测力天平风洞试验得到了5种长宽比的矩形超高层建筑基底剪力、弯矩和扭矩时程。基于试验数据和计算结果,分析了三维风荷载效应的分布及其极值相关性。在此基础上,对比分析了不同长宽比的超高层建筑顺风向与横风向、顺风向与扭转向以及横风向与扭转向之间的风荷载效应极值分布规律和统计参数。最后,采用概率统计方法评估了不同长宽比对结构三维风荷载组合系数的影响,并给出了一组基于极值相关性分析的结构三维风荷载组合系数推荐值。结果表明：对于超高层建筑,虽然不同方向风荷载效应之间相关系数可能很低,但其三维风荷载效应极值相关性不可忽略;以横风向或扭转向为主方向进行组合时,其余方向同步比值存在明显的非高斯分布特性;对于不同长宽比超高层建筑,其极值相关性的差异会导致组合系数存在差别,在确定风荷载组合方法时,应考虑长宽比的影响。     

基于大涡模拟的超高层建筑风振响应分析

计算风工程作为风洞试验的补充技术,已得到越来越多的应用,但是使用RNS方法进行非定常计算精度低,而大涡模拟可对大尺度漩涡直接求解,可以得到较精确的模拟结果。因此对超高层建筑进行了多工况的CFD大涡模拟,研究不同风向角下建筑表面风荷载的变化规律,并与风洞试验结果进行对比,简要阐述了建筑体型对风荷载的影响。将大涡模拟得到的非定常风压时程作为结构激励,采用频域法计算高层建筑的随机振动响应,根据惯性风荷载方法,求解结构的等效静力风荷载,并与风洞试验结果进行对比。对比分析表明,大涡模拟技术可以很好地模拟建筑表面风荷载,并可以克服测点布置、不同步测试带来的系统误差;频域法分析得到的等效静力风荷载与风洞试验结果基本一致,可以将本文方法计算得到的风荷载作为设计依据。     

遮挡条件下超高层建筑风洞试验研究

基于同步测压试验,对某超高层结构在考虑周边建筑与不考虑周边建筑两种遮挡条件进行风洞试验,研究其体型系数,并以此作为结构设计的参考。结果表明：无周边建筑时,风荷载分布符合钝体结构表面风荷载分布规律;有周边建筑时,结构表面局部体型系数正峰值与无周边建筑干扰时相比普遍略小;通过各层局部体型系数积分得到的整体体系系数比规范规定的略小。     

某超高层TMD风振控制设计及时程分析验证

某540 m超高层建筑由于风荷载作用下的顶点加速度超过规范限值,采取TMD振动控制措施,以满足舒适度的要求,其作用可转化为等效阻尼比,易于与现行规范联系起来应用于结构设计。首先,采用FORTRAN语言编制了基于PKPM的风振控制计算程序WINDTMD,通过自动分析结构受控后的等效阻尼比、楼层加速度、剪力及倾覆力矩等参数,可以快速地进行TMD的参数优化设计与控制效果评估,从而提高其实际设计工作效率。其次,给出了超高层建筑结构TMD风振控制设计流程,采用WINDTMD计算程序,对该超高层建筑设置TMD前、后的风振响应进行了比较分析,结果表明:采用本文流程设计的TMD可以有效地控制结构舒适度,满足规范限值要求。最后,给出了脉动风荷载时程的数值模拟方法,并通过结构在脉动风荷载作用下的时程分析验证了本方法的有效性。     

楔形超高层建筑风效应的大涡模拟研究

风荷载往往是超高层建筑结构安全性和舒适性的控制性荷载。本文通过大涡模拟技术并结合作者建议的一种新的湍流入口生成方法(NSRFG方法),对四种不同锥度的楔形建筑模型进行了风效应的数值模拟对比研究,以比较不同锥度对结构风荷载和风振响应的影响,及检验本文数值模拟方法的适用性。数值模拟结果表明,虽然不同锥度的建筑模型平均风压和脉动风压分布规律相似,但在结构响应方面,结构横风向峰值基底弯矩响应随模型锥度增大显著减少,表明采用适当锥度的体形可以有效地减小结构横风向气动荷载。本文数值模拟结果和风洞试验结果整体规律相符,表明结合改进的入流湍流生成技术的大涡模拟具有一定的精度,可以给超高层建筑气动外形优化研究提供有价值的参考。     

基于大涡模拟的超高层双塔建筑风荷载特性研究

随着建筑技术和建筑材料的不断发展,出现了越来越多的超高层建筑,其中有些是双塔形式的建筑。风荷载是这类结构重要的控制荷载,双塔建筑之间风荷载的干扰作用复杂,GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》没有作出明确的规定。要对建筑进行精细化分析,必须详细了解其风荷载特性。基于风洞试验和数值风洞模拟,对双塔建筑的风荷载特性进行研究。利用谐波合成法得到数值风洞的入口脉动风速,基于大涡模拟得到双塔建筑的阻力系数、升力系数、风荷载功率谱及双塔之间的干扰作用,并将计算结果与刚性模型测压试验的结果进行对比,各工况结果吻合良好。     

天津生态城图书馆屋面及立面体型系数研究

天津生态城图书馆建筑方案的屋面为连续弯折坡屋面,立面非正多边形,屋面、立面的局部区域均为开敞.此情况下,设计时无法按照《建筑结构荷载规范》找到相应形式下的风荷载体型系数.由于该建筑建设位置临近海边,周边地势平坦无遮挡,风速较市区大,故而应谨慎考虑结构所受风荷载.本文采用数值模拟方法计算屋面和立面的风荷载体型系数,确保主...     

凸角三角形退台高层建筑风荷载特性研究

文中以下部横截面为凸角弧边三角形、上部退台为弧边Y形的在建超高层建筑为工程案例,采用风洞试验方法对其风荷载特性进行了研究。基于表面测压试验结果,探讨了不同高度处局部和整体体型系数以及风荷载功率谱密度的变化规律,考察了退台对体型系数及风荷载频谱特性的影响。结果显示不对称迎风时这类建筑的整体体型系数最大,退台处的整体体型系数存在突变,且退台后系数有所增大;退台后负压局部体型系数峰值有较明显减小;弧面迎风时这类建筑的漩涡脱落最为显著,此时斯托罗哈数以及功率谱密度带宽沿高度变化不大,表明退台对此类建筑频谱特性的影响较小。     

基于风洞试验超高层多塔连体建筑风致响应及等效静风荷载研究

针对复杂体型和有气动干扰下超高层多塔连体建筑的风致响应和等效风荷载问题,以某超高层三塔连体建筑为工程背景,首先在大型边界层风洞中模拟的B类风场、两种工况共72个风向角下对其进行了刚体模型测压试验,采集了该建筑表面的脉动风压时程,并基于已提出的可完全考虑背景、共振及其耦合项的风振精细化计算方法"一致耦合法",完成了主塔建筑在单体和考虑周边多塔干扰两种工况下的风致响应分析,得到了主塔顶部的位移、加速度响应、基底内力和位移风振系数;同时对该建筑进行了不同重现期、风向角和阻尼比时的层等效静风荷载(ESWLs)研究;最终探讨了超高层三塔连体建筑风效应的干扰作用机理。试验方法、计算理论和主要研究结论可作为此类超高层多塔连体建筑抗风设计的参考依据。     

高层建筑风荷载特性数值模拟研究

为研究某超高层双塔结构风荷载特性,采用数值模拟技术对建筑周围流场、建筑表面风压分布以及风荷载体形系数进行了详细研究。结果表明,在建筑角部流场风速加速效应明显,双塔结构角部存在较大的负风压,层风荷载体型系数受风向角影响较大,被遮挡的塔楼整体层风荷载体型系数较小。数值模拟可以给出建筑风荷载及附近流场特征,为建筑结构设计提出合理建议。     

带有液体粘滞阻尼器的超高层建筑抗风设计及风振响应分析

超高层建筑遮挡物较少,在风荷载作用下,结构顶部强烈的风振加速度会引起人的不适。通过在超高层结构合理布置液体粘滞阻尼器增加结构阻尼比,从而有效控制结构风振响应,达到减振目的。以珠海某超高层工程实例为背景,采用风洞试验计算脉动风荷载时程,在最不利风向角风荷载时程作用下,对比分析了阻尼器不同楼层布置位置、不同平面布置位置、不同阻尼弹簧刚度及不同阻尼参数下的减振效果,选出最合理阻尼器布置方式,结构顶层风振加速度得到有效控制,减振效果明显。     

温州东海广场风荷载数值模拟与风洞试验研究

对温州东海广场工程这一具有较大截面长宽比的复杂高层建筑进行了风荷载数值模拟和风洞试验研究。首先,在工程预研阶段用数值模拟方法计算得到了主要风向角工况下结构表面的平均风荷载分布。然后,参考数值模拟计算结果,引导进行风荷载风洞试验的测点布置方案,进行风洞模拟试验研究。最后,将数值计算结果和风洞试验数据进行了对比,显示数值模拟计算和风洞试验结果两者吻合较好。研究表明,综合采用数值模拟和风洞试验研究,可以较为准确地把握复杂建筑结构的风荷载分布,这种方法有助于提高结构抗风研究的水平。     

某超高层建筑结构风致混合减振控制研究

为改善某高度为450 m的超高层建筑结构的风振舒适性,基于线性滤波法模拟研究了该结构顺风向和横风向脉动风荷载时程,采用非线性黏滞阻尼器和调频质量阻尼器相结合的混合减振技术对其开展了风致振动控制研究。结果表明,线性滤波法能够用于模拟超高层结构的脉动风荷载时程,模拟功率谱函数与目标功率谱具有良好的吻合性;混合减振技术不仅有效降低了该超高层建筑结构的风致振动反应,大量耗散风振输入能量,改善结构风振舒适度,而且充分利用结构自身资源设计了调频质量阻尼减振装置,既节省空间,又在一定程度上提高了结构的经济性。     

某超高电梯试验塔风荷载体型优化和风荷载研究

对某高度233.95 m、高宽比9.4∶1的超高电梯试验塔的风荷载体型优化和设计风荷载研究,对平面角部削角和凹角两种体型优化措施进行了深入的比选,并对风荷载的风洞试验结果与规范算法结果进行对比,为此类结构设计提供参考。     

低矮建筑屋面风荷载分区体型系数研究

对11种坡度、3种高深比和3种宽深比的总共99个低矮建筑进行了刚性模型测压风洞试验,利用试验结果并借鉴国外荷载规范对屋面进行分区,给出了计算屋面主体结构风荷载各分区体型系数。分析了坡度、高深比和宽深比对分区体型系数的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了坡度、高深比和宽深比3参数的拟合,并将拟合公式计算值和多国规范给定值进行了比较,验证了拟合公式的可靠性,同时发现中国荷载规范给出的部分区域的体型系数值偏小。最后根据试验值并参照国外荷载规范给出了中国荷载规范中计算屋面主体结构风荷载分区体型系数的建议值。     

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究

为避免中国现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性,采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响应。结果表明：由于周围建筑的干扰,顺风向、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同,其不利角度也与规范存在差异;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考。