矩形截面高层建筑气动基底扭矩系数均方根值研究

利用高频天平技术,在4种不同风场中对71种不同几何参数的矩形截面高层建筑刚性模型进行了风洞试验,得到了典型风向角下气动基底扭矩系数均方根值,考察了建筑厚宽比、长细比及建筑所处风场类型对气动基底扭矩系数均方根值的影响。不同厚宽比的矩形建筑的气动扭矩的作用不同,试验结果表明厚宽比对气动基底扭矩系数均方根值的影响很大;长细比不同导致的基底扭矩系数均方根值的差异主要是由模型顶部三维流的比重变化引起的,试验结果显示长细比的影响可以忽略不计;风场类型对基底扭矩系数均方根值的影响强弱随厚宽比的变化而变化。基于试验数据,拟合得到了矩形截面高层建筑的气动基底扭矩系数均方根值的经验公式,并对其进行了误差分析。通过与国内外相关研究成果的比较,验证了该拟合公式的精度与合理性,可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。     

开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究

基于一栋立面上有多个开洞的矩形截面超高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,分析了矩形截面超高层建筑在长边立面上不同开洞工况下建筑各表面平均风压系数和最不利风压系数的变化规律。试验结果表明:当建筑长边迎风时,开洞使得背风面洞口附近的平均风压系数绝对值增大,但迎风面上的平均风压系数变化很小;当建筑短边迎风时,开洞对洞口附近的平均风压系数和最不利正风压系数均只有微弱影响,但对其最不利负风压系数却有很大影响,特别是中部开洞,将使其周围的最不利负风压系数增大一倍以上;开洞对短边立面上的最不利风压系数不产生明显的影响。为有结构开洞的高层建筑洞口附近的围护结构设计提供了参考数据。     

考虑极值风速方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法研究

对于围护结构的设计风荷载（一定重现期的极值风压）,目前工程上普遍采用最不利值方法进行估算,这类方法不符合概率统计意义。只有统筹考虑极值风速和极值风压系数的随机性、方向性及相关性才能给出较为准确的设计风荷载。为此,提出一种全面考虑极值风速和极值风压系数随机性和方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法。首先,提出了极值风压计算所需的三个要素,即各风向的极值风速分布、Cook-Mayne极值风压系数和风向相关性;然后,通过极值风压的概率分布理论分析,给出一个以上述三要素为输入的计算过程简便实用的围护结构风荷载估算公式;最后,以上海地区一栋高层建筑为例,通过与工程上常用最不利值方法相比,验证了本文方法的精确性和实用性。     

方形断面高层建筑的气动阻尼研究

通过长细比为6的方形断面柱体单自由度气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量方法对这类高层建筑的横风向及顺风向气动阻尼进行了估算,分析了折减风速大小、结构所处风场类型及结构阻尼对气动阻尼的影响规律,拟合得到实用计算公式,可供规范修订时参考。     

超高层建筑风荷载的试验研究

超高层建筑的风致振动是结构设计的主要控制因素之一。但目前对横风向风荷载的研究远不能满足工程应用和规范制定的需要。本文应用高频动态测力天平技术,对常见的１３种典型断面的超高层建筑模型进行了不同风场条件下的风洞试验,研究了其风荷载,特别是横风向风荷载。结果表明,外形和风场对风荷载有很大的影响,而长细比对无量纲风荷载的影响甚微。本文最后给出的一阶横风向广义风力系数谱的拟合公式,可供规范修订参考。     

观测间隔对极值风速的影响研究

由于早期观测设备都需要人工干预,气象部门提供的风气候历史观测数据一般都不是连续观测的,常常是每隔1 h或若干小时观测一次,这导致的数据遗漏可能会使极值风速的估算存在偏差。该文将美国11座城市气象站记录的风速连续观测数据,分别制作成“每隔1 h”、“每隔6 h”以及“无间隔连续”3种观测间隔的2 min平均风速值序列。结合改进的独立风暴法和与极值I型分布模型计算得到给定重现期的风速极值,并分析了3种观测间隔之间关系。研究结果表明:观测间隔为“1 h”和“6 h”的观测数据序列对应的日风速极值,与“连续观测”序列对应的日风速极值的差值均满足瑞利分布;利用风速差值的概率分布特性给出了修正方法。修正后的数据可给出准确性更高的极值风速估算结果。     

独立矩形截面超高层建筑的顺风向气动阻尼风洞试验研究

通过37个超高层建筑气动弹性模型的风洞试验,利用随机减量法从模型的风致加速度响应中识别了气动阻尼,并通过与前人相关研究成果及基于准定常理论的计算结果的比较验证了识别结果的正确性。在此基础上,研究了独立矩形截面超高层建筑顺风向气动阻尼的变化规律,考察了质量密度比、广义刚度、结构阻尼比、高宽比、宽厚比及风场类型对建筑结构气动阻尼比的影响。研究结果表明：超高层建筑顺风向气动阻尼比随折减风速变化的曲线近似一条单调增加的直线;结构阻尼比、质量密度比、宽厚比、折减风速、高宽比是影响顺风气动阻尼的比较重要的参数;广义刚度、风场类型相对影响较小。基于这些研究数据,拟合了超高层建筑顺风向气动阻尼比的经验公式,供工程设计人员参考。     

大高宽比方形截面高层建筑的横风向风荷载及风致响应研究

基于一栋高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验数据,分析了高宽比较大且截面为方形的高层建筑横风向风效应的共同特征。得到如下结论:高层建筑横截面为方形时,其横风向风荷载主要由规则性旋涡脱落导致的尾流激励构成,为窄带随机激励;当高层建筑的高宽比较大时,基阶固有频率相对较低;当高层建筑兼具方形截面和大高宽比这两个特征时,其基阶固有频率可能接近其尾流的旋涡脱落频率,从而发生剧烈的横风向涡激共振。建筑结构截面的小幅增大可使这种剧烈的横风向涡激共振得到有效控制。上部外形的适当处理,也可能有效降低高层建筑的横风向等效风荷载。低矮群楼的出现将在一定程度上影响高层建筑的风荷载。     

矩形超高层建筑横风向脉动风力,Ⅱ:数学模型

系列文章的第一部分总结了矩形截面高层建筑横风向脉动风力的基本特征。在此基础上,采用非线性最小二乘法,以风场类型及厚宽比为基本变量,对横风向脉动风力根方差系数、竖向相关系数以及功率谱密度进行拟合,得到横风向脉动风力的闭合求解公式。最后通过与试验结果的比较,验证了这些公式的精度。运用这些公式,可较为方便地计算矩形截面高层建筑的横风向脉动风力。     

基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法

为了降低基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法——Storm passage方法的复杂性且不减弱其高精度,假定各次风暴引起的结构风荷载极值之间相互独立,得到了形式更加简洁更易于理解的用于Storm passage方法的结构风压年极值概率分布表达式。并从理论上将改进前后的Storm passage方法进行了对比,以证明两者在高重现期下的精度基本相同。在此基础上,结合一工程实例,将改进方法、原Storm passage方法、未考虑台风过程的Monte Carlo模拟方法以及三种工程上常用的简算方法进行了对比。研究结果表明,对于50年重现期设计风压,改进方法与原Storm passage方法之间误差极小,可忽略不计;不考虑台风过程将导致结构设计风压估值偏小,大部分结果的偏小程度在10%以内;工程中常用的最不利法过分保守,有时甚至可偏大100%;风向折减因子法可给出经济性和安全性都适当的结果,但应谨慎使用,不合理的风向折减因子取值可能导致估计结果的安全性不足。