超强台风“山竹”期间珠三角地区超高层建筑的风效应实测研究

对超强台风“山竹”侵袭时珠三角地区数栋超高层建筑的风致响应实测结果进行分析和总结,开展内伶仃岛缩尺模型风洞试验,获取该岛对气象站点风速的影响系数,并依此对观测风速进行订正,结合实测和风洞试验分析和评价深圳湾壹号7号塔楼(T7)的抗风性能。结果表明：不同高度、平立面外形的超高层建筑实测风致最大峰值加速度均超过10 cm/s2,且超高层建筑风振响应和建筑高度不存在相关性;在所有被测的建筑中加速度响应最小的建筑为高度342 m的T7,其最大峰值加速度仅为13.2 cm/s2;参数识别得到T7的模态频率和阻尼比显示均具有明显的时变特征,最大风速时段识别的模态频率整体上较有限元数据模拟结果增大21%,前两阶模态阻尼比分别为2.1%和1.7%;优化的气动外形和合理的朝向是T7抗风性能优良的主要原因,对于一般矩形平面的超高层建筑应避免使其窄边面向所在地的强风主导风向;采用订正后的风速值和参数识别结果对风洞数据进行重分析,结果显示计算值和实测值吻合较好,验证了前期风洞试验的可靠性。     

某超高层建筑风洞测压试验

依据某超高层建筑,着重介绍了风洞试验的方法,描述了在考虑有、无环境建筑影响下,该高层建筑一些典型的表面风压特性以及一些测点风压随风向角的变化规律。结果表明:迎风面中上部风压系数较大,接近1.0;底部部分风压系数达到1.0;侧风面和背风面风压系数大多为负值,特别是靠近角落处由于涡旋脱落,其值可达到-2。环境建筑对该高层建筑表面风压的影响较大,特别在建筑中下部。为其进行结构设计提出一些参考。     

杭州亚包大厦大底盘双塔超限高层建筑结构设计

杭州亚包大厦是一大底盘双塔结构,地下三层,地上45层,双塔相连的裙房7层,总高度179.9m;地上结构总长130.3m,总宽77.9m。工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。由于双塔距离较近,规范中无相应的风振体型系数,通过风洞试验得出了考虑相互影响的风振体型系数(1.55)。对裙房部位大跨度(25.5m)桁架梁抬柱进行了多个模型的计算对比,考虑了参与高层整体水平力作用的混凝土桁架结构设计。采用整体模型进行分析,得出了复杂双塔结构的周期、位移、刚度比等结构特性。     

高层建筑水平悬挑遮阳板风荷载的风洞试验研究

高层建筑悬挑遮阳板等小尺寸构件直接承受风荷载作用,在强风作用下的安全性备受关注。相对于建筑的整体尺寸,悬挑遮阳板很小,难以在缩尺模型上直接模拟,因此在实际工程的风洞试验研究中常常被简化或者忽略。研究中利用3D打印技术制作了精细化的有悬挑遮阳板的高层建筑风洞试验模型,并在打印遮阳板模型时直接预留测压管道,分析了水平悬挑遮阳板的风压分布规律及遮阳板对建筑立面风压的影响,并对基于建筑立面风压的悬挑遮阳板风压估计方法的估算误差进行了评估。研究结果表明：高层建筑水平悬挑遮阳板的最不利净风压的最大值出现在顶层遮阳板处;水平悬挑遮阳板的存在能较大程度地削弱建筑立面上的最不利负风压;悬挑遮阳板最不利风压可利用其上下两侧附近建筑立面测点的风压差近似估计,但对于建筑立面边缘附近的悬挑遮阳板端部以及建筑底部附近的最底层悬挑遮阳板上的最不利风压,这种方法的估算误差较大。     

强台风作用下深圳卓越世纪中心的实测研究

超高层建筑的结构动力特性是影响结构风效应评估精度的重要因素,实测是获取实际结构动力特性参数的唯一方法并已有很多研究,但实测研究中出现较大振幅的情况仍极为少见。文章采用自主研发的无线加速度传感器,对高度280m的深圳卓越世纪中心北塔(ZCC)进行连续长期监测,得到10年来多次台风作用下ZCC结构顶部加速度响应时程信号。采用不同参数识别方法分别对ZCC在5次具有代表性的台风作用下的结构顶部加速度响应时程数据进行详细分析,并将台风“山竹”的实测结果和风洞试验的结果进行对比。结果显示：不同方法识别得到的结构模态频率一致性较好,模态阻尼比则存在一定差别;结构模态频率有随振幅增大而减少的趋势,顺风向的结构模态阻尼比随加速度的增大有增大的趋势,横风向的结构阻尼比则呈现较大的离散性,和加速度振幅的相关性不明显;现场实测得到的ZCC在台风“山竹”作用下的结构顶部峰值加速度和风洞试验结果具有较好的一致性,且在连续10年中测到的最大峰值加速度为23.91cm/s²,表明该建筑能够满足舒适度要求。     

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。     

超高层建筑气动弹性效应双向受迫振动风洞试验研究

通过双向受迫振动风洞试验对高347m的长沙世茂广场模型的气动弹性效应进行研究,模拟结构平面两个轴向的一阶振动,同步测量了振动模型上的表面风压和模型顶部位移。在对振动模型横风向和顺风向的气动弹性力分析基础上,识别了该模型气动阻尼比和气动刚度比,计算并分析了气动弹性效应对结构风致响应和等效风荷载的影响。分析结果表明,在100年重现期风速作用下,该模型气动阻尼比为正值,气动刚度为负,气动刚度相对于结构刚度较小,对结构自振频率影响不大。考虑气动弹性参数后,顶部最大位移响应可减小5%,最高居住层最大加速度响应可减小10%,由等效风荷载计算得到的基底总剪力和基底总弯矩减小1.1%左右。分析表明,双向受迫振动风洞试验是一种有效且有实用前景的超高建筑气动弹性参数识别方法。     

高湍流度下超高层建筑的风致振动响应特性

在较高湍流度流场用高频测力天平方法对金茂大厦模型进行了风洞试验,分析了周围建筑以及待建的环球金融中心对金茂大厦的基础平均风荷载、气动风荷载和风振响应的影响和干扰效应。结果表明:湍流度对静风荷载影响甚少,但对动力风荷载以及风振响应影响很大;总的来说,D类流场下的结构抖振效应要明显高于B类地貌情况。环球金融中心对金茂大厦有很大的静力遮挡影响,同时也增大了其风振响应和总的风振荷载,其中对总风振荷载的干扰效应随着湍流度的增加而降低,但在D类地貌下且梯度风高度处的湍流度为15.8%时的干扰因子依然较为明显,干扰效应并没有消失。     

超限高层抗震性能目标的确定实例

我国规范采用三水准设防、两阶段设计的方法进行抗震设计。基于性能的抗震设计理论提出了多水准、多目标设防的概念,是当前国际抗震设计发展的方向。实现性能设计,首先要提出切实可行的抗震性能目标。首先列举了国外规范及我国规程提出的结构抗震性能要求,继而归纳总结了国内学者针对超限高层提出的性能目标。在此基础上,给出了4栋典型超高层设计过程中采用的抗震性能目标。在进行超限高层结构设计时,除确定结构整体的性能目标外,应针对结构的薄弱部位制定相应的性能目标并采取相应措施,以保证结构设计的安全合理。     

设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载研究

对设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,分析扭转体型高层建筑风压和风荷载合力的分布特征,研究装饰结构对主体结构风压分布的影响、装饰结构自身内外表面的风压分布特点,比较有无装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载合力。结果表明：扭转体型对主体结构的局部风压和扭矩产生较大的影响,但对主体结构X向和Y向风荷载合力的影响不大;装饰结构对主体结构迎风面和背风面的风压影响较小,但能明显减小主体结构侧风面风压的平均值和脉动效应,使得主体结构的极值负压得到降低,有利于围护结构的抗风设计;装饰结构上同一位置内外表面的平均风压非常接近,合成的净压值很小;装饰结构对于主体结构的平均风荷载影响较小,但降低了主体结构风荷载的脉动效应,对主体结构的抗风有利。     

山地风场中超高层建筑风荷载幅值特性试验研究

针对山地风场中超高层建筑风荷载特点,在1.4m×1.4m风洞中进行了11个不同高宽比、厚宽比矩形截面和圆形截面超高层建筑表面测压风洞试验,分析了阻力系数平均值、均方根值和升力、扭矩系数均方根值受来流风湍流度、建筑高宽比、厚宽比和层相对高度等因素的影响。结果表明：矩形截面建筑各气动力幅值特性明显随湍流度、建筑高宽比、厚宽比、层相对高度的改变而变化,而圆形截面建筑各气动力幅值特性仅随湍流度、层相对高度的改变而变化。根据风洞试验结果,建立了正方形截面和圆形截面风荷载幅值特性的数学模型,通过比较说明与风洞试验结果吻合较好,可为山地风场中的超高层建筑风致响应计算提供依据。图11表5参10     

我国高度250 m以上超高层建筑结构现状与分析进展

我国250 m以上超高层建筑数量日益增加，超高层建筑由长三角、珠三角地区逐渐向全国其他区域扩展，其中环渤海地区以及部分二线城市中超高层建筑发展迅速。对不同高度的超高层建筑，其常用的结构体系为：框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒和巨型框架-核心筒-巨型支撑结构。分析表明：随着结构高度的增加，巨型框架和巨型支撑应用较多，混合结构在超高层建筑结构中广泛应用。通过实际工程造价分析，研究了建筑高度、抗震设防烈度、结构材料对超高层建筑工程造价的影响。分别从超高层建筑形态空气动力学优化和长周期响应方面，阐明了超高层建筑结构分析、设计中的关键问题。采用黏滞阻尼器可有效降低超高层建筑结构地震响应，对黏滞阻尼器在实际超高层建筑中的应用现状及发展前景进行了简要介绍。     

An experimental study on the wind pressure distribution of tapered super high‐rise buildings

Studies on the effect of different shape strategies on wind‐induced responses of super tall buildings have been extensive. However, little systematic research on the influence of aerodynamic shapes on wind pressure distributions of super high‐rise building having a height more than 500 m is reported in the literature. In this paper, a series of wind tunnel tests are conducted on models simulating tapered buildings taller than 500 m with an aspect ratio of 9:1 by applying synchronous pressure measurement technology to investigate the influence of different shape strategies on the wind force coefficients of the cross section (C_s) and on the peak negative pressure distributions on surfaces. The shape strategies considered include tapering of the cross section of a building along its height, chamfered modification, and opening ventilation slots. It is found that the wind force coefficient C_s increase with an increase of the tapering ratio. It is shown that chamfered modification can effectively reduce most of the wind force coefficients C_s to less than 0.9. As for peak wind pressures, a zone having a higher negative pressure is found to locate at the bottom of the side faces of the model. With an increase of the tapering ratio, the peak negative pressure of side faces of the model slightly decreases. Chamfered modification can significantly increase the peak negative pressure at the chamfered location. Furthermore, it is demonstrated that opening ventilation slots had less effect on C_s, but the peak negative pressure can significantly increase at the area of opening ventilation slots and adjacent areas.     

昆明超高层建筑测量技术分析及测绘新技术应用

以昆明南亚之门超高层建筑测量为例,论述了超高层建筑各阶段的测量工作及测绘新技术,介绍了测量机器人,GPS技术,测绘信息网络化管理等测绘新技术在超高层建筑中的应用方法,促使超高层建筑测量工作精确、高效,取得明显的经济效益。     

Correction of direction reduction factors of extreme wind speed considering the Ekman spiral in the wind load estimation of super high-rise buildings with heights of 400–800 m

The wind direction in the atmospheric boundary layer (ABL) twists with height due to the Coriolis force; this phenomenon is called the Ekman spiral. However, this phenomenon is generally not considered in the present wind load estimation of super high-rise buildings, which may lead to an incorrect estimation and affect the safety of structures. Therefore, this study considers and analyzes the influence of the Ekman spiral phenomenon in the wind direction reduction effect (WDRE) of the wind load of super high-rise buildings. First, this paper proposes an empirical fitting equation for the twisted wind direction angle for a height of 100–800 m according to the classical Ekman spiral theory model (CE model). Subsequently, on the basis of twisted wind, this paper proposes a method for the correction of the wind direction reduction factors (WDRFs) of strong winds considering the influence of the Ekman spiral phenomenon in the design wind load estimation of super high-rise buildings with heights of 400–800 m. A high-frequency balance force measurement test of a square-section super high-rise building model was performed to analyze the influence of the Ekman spiral phenomenon on the WDRE of the aerodynamic force and wind-induced response. Three Chinese cities (i.e., Beijing, Wuhan, and Kunming) are selected as case studies to illustrate the importance and necessity of the correction method. The results demonstrate that the proposed empirical fitting equation accurately determines the twisted wind direction angle at different latitudes and altitudes. Furthermore, estimating the design wind load while considering the WDRE and neglecting the influence of the Ekman spiral phenomenon may lead to a significant underestimation of the wind load of super high-rise buildings, rendering the designed building structure more dangerous.     

Field measurements and wind tunnel experimental investigations of wind effects on Guangzhou West Tower

The wind‐induced acceleration responses at the top of the Guangzhou West Tower (GZWT; 432 m) and the wind speed and direction at the top of Guangzhou Tower (532 m), which is located across the GZWT, were measured during the passage of Typhoon Mangkhut. The two buildings are separated by a river. The variation characteristics of the first two natural frequencies and damping ratios of the GZWT under strong vibrations are obtained by using random decrement technique (RDT) and modified Bayesian spectral density approach (MBSDA). Finally, field measurements of the maximum peak accelerations are compared with wind tunnel test results. The damping ratios identified by MBSDA are found to be greater than the results obtained by RDT. The natural frequencies decrease with increasing maximum acceleration of the corresponding acceleration segment. Besides, they decrease firstly and then increase with time elapses, reaching a minimum value at the maximum mean wind speed. The damping ratios are completely discrete, and no obvious linear correlation exists between the damping ratios and maximum acceleration of the corresponding acceleration segment. The peak accelerations at the top of the GZWT obtained from wind tunnel experiment agree well with that of full‐scale measurements.     

南京垂直森林超高层办公楼结构设计

南京垂直森林办公楼为地上35层、地下3层的超高层建筑,该建筑上部结构采用框架-核心筒结构体系,其中底部框架柱采用型钢混凝土柱。介绍了该办公楼结构设计方法和过程,包括结构性能设计目标的确定、计算分析等。针对本工程结构的超限情况与垂直森林的特点,采用结构分析软件对结构进行了小震弹性反应谱分析、小震弹性时程分析、中震不屈服验算、中震弹性验算以及大震作用下的动力弹塑性时程分析。计算结果表明,该结构设计安全可靠、经济合理,且垂直森林是可以复制的,为以后类似的工程设计提供了相应的依据和有益的参考。     

雷暴冲击风作用下高层建筑风压幅值特性研究

采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风,对4个不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了各模型8个不同径向位置处的风压幅值特性,并与大气边界层风作用下的建筑表面风压系数进行了对比。结果表明：雷暴冲击风作用下,建筑迎风面为正压,侧面和背风面均为负压;迎风面平均和脉动风压受模型深宽比影响较小,侧面和背风面受深宽比影响较大;随着径向距离的增加,迎风面平均风压系数逐渐减小,脉动风压系数先增大后减小,侧面平均风压系数绝对值以及脉动风压系数先增大后减小,背风面平均和脉动风压系数变化较为平缓;各模型迎风面风压系数沿高度呈“鼻子”状分布,最大风压出现在0.25H(H为模型高度);与大气边界层风作用下建筑表面风压幅值相比,雷暴冲击风作用下高层建筑模型的迎风面中下部区域以及侧面前缘部位风压系数较大,考虑雷暴冲击风作用的高层建筑设计时,应对这些区域的风荷载取值进行适当放大。     

超高压消防泵在超高层建筑的供水测试及应用分析

消防供水是超高层建筑火灾扑救的关键因素之一,通过试验测试超高压消防泵在超高层建筑的实际应用,获得压力、流量等关键技术参数。试验结果表明,供水高度303 m,水泵最高压力7.5 MPa,供水流量26.9 L/s,最大流量达到44.4 L/s,理论供水高度可超600 m,满足实际灭火需求。该系统具有压力高、流量大、可靠性高等优点,能有效解决超高层建筑消防供水难题。     

深圳冠泽金融中心超高层办公塔楼结构设计

深圳冠泽金融中心超高层办公塔楼采用带腰桁架的巨柱框架-核心筒结构体系,针对此稀柱网混合结构体系的结构设计、抗震性能要点进行了归纳总结;提出此类结构体系为了满足规范设计、抗震性能目标C,建议采取如下加强措施:增设带适宜刚度腰桁架的加强层以增强外框架刚度;加强层楼板采用钢梁+钢水平撑+钢筋桁架楼承板以可靠传递加强层外框架与...