某超高层建筑风致结构响应结果的分析

广州良业大厦项目,塔楼2、塔楼3高度约150 m,结构平面形状原为矩形,后修改为切角三角形,项目前后进行了两次风洞试验。对风洞风荷载、规范风荷载及结构响应进行了详细比较研究,指出超高层建筑中横风向风振和扭转风振等效风荷载对结构楼层位移角和构件内力的影响显著。同时总结了应用风洞试验数据和确定地面粗糙度类别的的注意事项。     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

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。     

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。     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

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。     

凹角与吸气控制下高层建筑平均风荷载特性试验研究

为减小高层建筑的风荷载,改善其抗风性能,基于等高度等体积的原则,设计了刚性基准模型、凹角模型和凹角吸气模型等三种高层建筑模型,通过对三种模型的同步测压风洞试验,研究风向角和吸气流量系数C_Q对模型平均风荷载特性的影响规律。结果表明:不同风向角下,三种模型的平均风荷载特性差异较大;在0°~35°风向角范围内,凹角与凹角吸气模型均有助于减小顺风向风荷载,且0°风向角(模型表面与风向垂直)时控制效果最佳。吸气流量系数绝对值越大,吸气控制区域各表面的风压折减越显著,整体/层气动力折减效果越好。当C_Q=-0.035 7时,整体气动力系数折减最大达62%,表明凹角与主动吸气控制结合具有良好的风荷载减阻效果。     

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。     

复杂塔冠对双塔高层建筑风压特性影响的试验研究

利用同步测压风洞试验方法,研究了3种典型风向角下圆角三角形截面双塔高层建筑顶部的花瓣形塔冠对建筑表面风压分布特性和风致响应的影响。基于试验数据,对建筑平均风压和极值风压等值线、整体体型系数、风荷载功率谱密度曲线以及基底合力(矩)进行了分析和比较。结果显示,复杂塔冠在整体上抬高了建筑顶部的风致绕流,使得部分风向角下建筑顶部附近的风压出现增大趋势;塔冠的存在同时使各楼层阻力和升力系数增大,且越靠近顶部增幅越明显;当风向沿着双塔形心连线方向时,由上游塔楼漩涡脱落形成的尾流激振现象十分显著,从而使得该风向角下的峰值加速度和横风向等效静力风荷载均达到最大,而塔冠的存在可能改变横风向风荷载的频谱特性,对于文中研究的双塔高层建筑,塔冠使得涡漩脱落频率略向低频转移,故使相应的峰值加速度和等效静力风荷载有所降低。     

高层建筑风致扭转荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用动态测力天平技术,通过模型风洞试验研究了方形截面高层建筑在周边另一个同样建筑的气动干扰下,其平均、脉动和峰值扭转风荷载的干扰效应,分析了建筑物间距、风场和风向角等参数的影响。研究表明,高层建筑扭转荷载的干扰效应很显著,B类风场0°风向角下,峰值扭矩干扰因子IFp可达2.1,45°风向角下更可高达3.5。最后通过分析受扰模型的基底扭矩谱讨论了上游建筑旋涡脱落的影响。     

基于虚拟激励法的贝壳型单层网壳风振响应研究

基于虚拟激励法,利用风洞试验所得体形系数,通过对ANSYS有限元软件包二次开发,对于家堡火车站站房单层贝壳型网壳进行频域的风振响应分析,得到结构在0°风向角下的位移风振系数,并与时域分析结果进行对比,两者吻合较好.同时研究了结构风振系数随风荷载频率上限的变化关系,为进一步深入研究结构风振响应分析方法奠定基础,所得结果为实际工程等效风荷载的确定提供有效指导.     

青岛某超高层住宅的风洞试验研究

为了研究超高层建筑在使用阶段的抗风安全性,基于青岛某超高层住宅工程,对设计风速作用下结构的风荷载分布规律、结构的位移、加速度响应进行风洞实验研究,并根据风洞试验结果,对结构的抗风安全性、结构三维风振特性及舒适性进行分析,研究结果为该项目的结构设计提供了依据。     

格构式塔吊结构风荷载数值模拟研究

以等比例模型尺寸建立了流体域模型和格构式塔吊结构模型,再以RNG k-ε和SST k-ω物理湍流模型模拟动力风荷载,对格构式塔吊结构底部剪力值、弯矩值、塔臂风荷载值等受力情况进行分析计算。计算结果表明:塔吊整体底部剪力在45°风向角时达到最大,塔身部分所受剪力值占主导地位;当来流垂直于塔臂(90°风向角下)时,塔吊底部弯矩达到最大值,其中,由塔臂引起的弯矩值占到总体的70%～95%;塔吊的最大体形系数出现在90°风向角。     

天津于家堡交通枢纽站房网壳风振响应分析

为了研究大跨度空间结构风振响应特性,基于风洞试验所得体型系数及线性自回归滤波法生成的风荷载时程曲线,利用ANSYS软件对天津于家堡交通枢纽站房贝壳形单层网壳在时域内进行三维风振响应分析,得到结构在典型风向角下各点的瞬态响应时程曲线及位移、内力风振系数,并对结构风振响应曲线进行傅里叶变换,得到结构相应的频域特征,为结构等效风荷载的确定提供有效指导。     

某复杂曲面网壳结构数值模拟分析

复杂异形建筑的风荷载大小及其产生的效应无法按照现行设计规范直接确定,通常需要采用风洞试验或数值风洞模拟的方式确定。以某商业天幕单层网壳结构为例,通过数值风洞技术计算结构多风向角下的风载体型系数和风振系数,并讨论风振理论与风振时程分析,为复杂曲面单层网壳结构抗风设计提供参考。     

舟山市体育中心体育场看台钢挑棚抗风试验与分析

对舟山市体育中心体育场看台挑棚进行了风洞试验,获得挑棚上、下表面的风载体型系数。试验结果表明,在不同风向角作用下,挑棚承受的风荷载作用合力方向会发生变化;看台会显著改变挑棚下表面风载体型系数分布,结构抗风设计时须考虑看台的影响。直接采用风洞试验得到的脉动风压对挑棚结构进行了风致动力响应分析,获得风振系数,为结构抗风设计提供依据。分析了挑棚结构在风荷载作用下的受力及变形,研究了抗风支座的构造措施,保证结构的安全可靠。     

网壳膜屋盖非线性风振响应计算分析

探讨网壳膜屋盖风振响应的时程分析计算方法，通过对某网壳膜屋盖风洞试验的24个风向角数据进行统计分析，确定风荷载的不利风向角，并采用有限元法在时域内进行三维风振响应分析，获得膜屋盖位移和内力响应，进一步探讨膜预张力对网壳和膜自身风振响应的影响，得出一些有益的结论，为该类结构抗风设计提供参考。     

输电塔塔头平均风荷载的CFD模拟

为了得到典型输电塔塔头的风荷载系数,为抗风分析提供依据,采用CFD方法对其不同风向角时的平均风荷栽进行模拟,并进行对比分析.结果表明:风向角为0°时,输电塔塔头、横担等的顺风向风荷载系数CY与方形格构塔身的顺风向风荷栽系数CY基本相等;风向角为90°时,上游部分风荷载Cx明显比下游部分大,有显著的遮挡效应;当风向与线路...     

高层建筑等效静风荷载及抗风研究

风荷载是超高层建筑结构设计的主要控制荷载,对超高层结构进行风洞试验是结构抗风研究的重要方式。文中基于刚性模型多点同步测压风洞试验,介绍了风洞试验数据的处理方法。推导一个通用矩阵R,建立风压系数与风荷载的关系,计算出楼层的平均风荷载,并通过编写通用程序实现由风压系数转换成风荷载的过程。然后通过CQC方法计算等效静力风荷载,将随机振动的风荷载计算问题转化为静力荷载计算问题。文中介绍的方法可以快速计算等效静风荷载。采取这种高效率计算等效静风荷载的方法,为超高层结构抗风优化设计提供了指导。最后通过有限元软件SAP2000对超高层结构进行分析。     

大跨悬挑屋盖风振系数研究

针对荷载规范中对大跨悬挑屋盖结构风振系数计算的不足,利用时程分析法,在有限元建模的基础上,直接采用风洞试验数据,计算了某大跨悬挑屋盖结构的荷载风振系数和位移风振系数,研究了其随风向角的变化规律,并讨论了不同风向角下结构参数的影响。