锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

矩形截面超高层建筑风致脉动扭矩的基本特征

利用刚性模型的同步测压风洞试验,研究了矩形截面超高层建筑脉动扭矩的基本特征。研究内容包括扭矩系数的根方差、功率谱密度、竖向相关性以及横风向脉动风力-扭矩相干函数,另外还考察了厚宽比和风场类别这两个参数对脉动扭矩的影响。研究结果表明,脉动扭矩系数随高度增加递减,随厚宽比增加而增加;脉动扭矩谱具有两个谱峰,谱峰形状随厚宽比改变发生很大变化;相对横风向风力,扭矩的竖向相关系数随距离衰减更快;脉动扭矩与横风向风力具有较强的相关性。     

设置透风孔的超高层建筑风荷载特性

采用同步测压技术,进行设置透风孔的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的风荷载特征进行研究。结果表明:孔洞附近,顺风向阻力表现出一定涡激力特性,横风向升力功率谱的谱峰下降幅度较大,阻力与升力系数的根方差均减小,但扭转向扭矩系数根方差的减小幅度有限。受孔洞影响的区域,阻力系数与扭矩系数的自相关性减弱,但升力系数的自相关性增强,阻力系数、升力系数的相干函数衰减程度减弱,相干系数的数值减小。设置透风孔后,超高层建筑升力系数、扭矩系数与阻力系数的互相关性不能再忽略不计,但升力系数与扭矩系数之间的互相关性有所减弱。     

大型户外单立柱三面广告牌风荷载的试验研究

近年来户外大型广告牌发展迅速,但其强风下的风致损坏也时有发生。作为一类典型的风易损性结构,现有的大型单立柱多面广告牌的风荷载计算方法亟需进一步完善。文中以典型的三面广告牌结构作为试验对象,通过面板的测压试验,分析上部面板结构的水平和扭转风力系数随风向角变化规律,针对最不利工况,给出面板水平风力及扭矩荷载的取值;提出顺风向和扭矩风荷载谱的建议公式;进一步,通过整体结构的气弹性模型的响应测力试验,研究三面柔性广告牌的基底风振响应随风向角变化规律和特征。综合静力刚性测压和动力气弹测力两阶段试验结果,给出双面广告牌顺风向和扭转风振响应的理论计算方法。该研究为完善大型广告牌结构的抗风设计,提供了风洞试压的基础数据和风荷载计算的理论方法。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

超高层建筑横风向风振响应计算的响应谱法

根据超高层建筑横风向风振响应的特点,提出了超高层建筑横风向风振计算的响应谱法,相对于传统计算方法,响应谱法具有以下特点:(1)响应谱法基于横风向风荷载沿建筑高度分布的特征及随机振动理论分析计算结构响应,该方法直接对分析结果进行数据拟合,相比于传统方法只拟合建筑风荷载基底合力均方值及功率谱密度函数的特点,该方法减少了计算中间过程,减小了计算误差。(2)采用响应谱方法计算结构响应时,可以考虑多阶振型的贡献。(3)响应因子本质上是反映结构振动对准静态风荷载放大作用的响应谱,在应用上与地震作用计算方法类似,便于工程人员理解和应用。由于公式简单、易于理解,响应谱法具有较好的操作性,可为超高层建筑横风向抗风设计提供参考。     

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。     

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。     

典型超高层建筑风荷载幅值特性研究

本文对10个典型的超高层建筑刚性模型进行了测量表面风压的风洞试验,获得了各测量层的阻力、升力和扭矩系数的平均值和根方差。讨论了各测量层风荷载系数随风向角的变化规律,以及高宽比和断面长宽比对方形及矩形建筑风荷载的影响。结果表明,倒角方形、Y形和三角形建筑的风荷载均小于方形与矩形建筑;方形建筑高宽比的增大导致升力系数的根方差明显增大;矩形建筑断面长宽比的增大则使阻力系数的平均值、根方差减少,而升力系数的根方差增大;D类和B类风场中的平均气动力系数相近,而D类风场中脉动气动力系数的根方差大于B类风场。     

斜向粘贴纤维片材加固砌体墙的抗剪承载力分析

在收集多个斜向粘贴纤维片材加固砌体墙的试验数据和抗剪承载力计算公式的基础上,对比分析了这些计算公式所考虑的参数,并将斜向粘贴纤维片材加固砌体墙的抗剪承载力计算公式计算值与试验实测值进行对比,结果表明这些公式计算值不能与所有试验结果较好吻合。在综合考虑纤维片材条带数、墙体高宽比、材料强度、贴布率等因素的基础上,通过统计分析提出了新的纤维片材加固砌体墙的抗剪承载力计算公式及纤维片材参与工作系数。经过对比分析可知,本文公式计算结果与收集的试验数据吻合较好。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究

为研究超高层建筑表面的风压特性,基于对厦门沿海某超高层建筑表面风压开展的现场实测和风洞模型试验,探讨了台风“鲇鱼”作用下超高层建筑表面的风压特性及其分布规律。研究结果表明：通过风洞试验和现场实测所揭示出的超高层建筑表面风压特性（平均风压系数、峰值风压系数）及其随风向角的变化规律基本一致;平均风压系数的现场实测与风洞试验结果在迎风面吻合较好,而背风面现场实测值明显较风洞试验结果小;峰值风压系数的现场实测与风洞试验结果除个别测点外相差较大。     

矩形截面高层建筑的横风向基底弯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种不同外形尺寸的矩形截面高层建筑刚性模型进行风洞试验,测得高层建筑横风向基底弯矩系数,考察建筑厚宽比、长细比及所处风场类型对高层建筑横风向基底弯矩系数均方根值的影响。试验结果表明,厚宽比的影响效果最显著,长细比的影响可以忽略不计,风场类型的影响随着厚宽比的不同而不同。基于这些风洞试验数据,给出基底弯矩系数均方根值的拟合公式并对拟合公式进行误差分析,通过与国内外相关研究成果的比较,验证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。     

Across-wind loads of typical tall buildings

Previous studies have indicated that the across-wind dynamic responses of super-tall buildings are usually larger than the along-wind ones. With the increase of heights, the across-wind dynamic response of super-tall buildings has been a problem of great concern. In this paper, 15 typical tall building models are tested with high-frequency force balance technique in a wind tunnel to obtain the first-mode generalized across-wind dynamic forces. New formulas for the power spectra of the across-wind dynamic forces, the coefficients of base moment and shear force are then derived. Parametric analyses of the effects of factors on the across-wind loads of the buildings are performed. Besides, a SDOF aeroelastic model of a square tall building with an aspect ratio of 6 is selected from the above buildings and is tested to investigate its across-wind dynamic response and aerodynamic damping characteristics. The power spectrum of the across-wind force of the square building is employed to compute its across-wind dynamic responses with and without considering the effect of the aerodynamic damping. The computed responses are then compared with the corresponding responses from the aeroelastic model test to verify the present formulas of the across-wind loads of buildings.     

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。     

对称双塔楼建筑的风荷载分布特征

本文针对双塔楼建筑风场的相互干扰作用,通过风洞试验研究塔楼的风压分布,将风压沿截面进行积分求出沿结构柱网方向的合力,然后反算出沿柱网方向的整体体型系数,实现了把风洞试验结果换算为工程设计软件直接可用的数据。本文还讨论了风对高层建筑的扭矩作用,采用扭矩放大系数来考虑风致扭矩。针对某对称双塔结构的风压分布特征获得用于指导一般性对称双塔结构设计的风压和体型系数分布规律。