复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究

通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统的研究。评估了各风力脉动分量的相关特性,研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征,分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数,并与规范结果进行了对比研究。研究成果可为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。     

高耸结构的风荷载计算

在结构设计和工程领域,对于风荷载的研究十分重要。首先对动力方程进行转化,分析风荷载的特性;利用推导的方程获得一种数值计算风荷载的方法,该方法可以明确地表明工程实践中加速度传感器的测量结果与风载荷之间的内在关系;最后分析了测量中存在的误差。     

重庆英利大厦表面风荷载研究

针对高耸建筑物风荷载分布特征的复杂性,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了试验研究.用本文提出的试验数据处理方法对该试验结果进行分析、计算,得到了该建筑物的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确保该建筑物在100年重现期风速下的安全性和稳定性.     

不规则外型高耸建筑物的体型系数研究

对于外型不规则的高耸建筑结构,特别是存在相邻建筑物干扰时,其体型系数值将会发生显著变化,导致所得到的风荷载误差很大.为了研究这一问题,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了风洞试验,获得了作用于该建筑物上的静、动态风压,通过对试验结果进行分析、计算,直接求出了该建筑物的体型系数值.     

水平风荷载与竖向风荷载的特性分析比较

从一般的情形出发，将均匀气流场中的风速分解成水平风均风速、竖向平均风速、水平脉动风速、竖向脉动风速四个部分，系统地讨论了其确定方法、基本性质及其引起的气流速压和速压脉动系数，最后分析了建筑物受到的风荷载及其参数确定。     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

典型拱形壳体风荷载分布规律

进行了2种典型拱形壳体结构刚性模型内外表面同步测压风洞试验,分析了拱形壳体结构体型系数与脉动风压系数的分布规律,比较了底部开口／闭口和两端封闭／开放不同状态对风压分布的影响。结果表明：底部开口与端部条件对结构风压分布影响很大,采用孤面封闭两端可以有效的降低结构端部的风压同时使得结构表面风压分布更加均匀,当底部开口较小时,结构内部的稳定负压可以抵消外表面负压,从而降低了结构承受的风吸力,同时也扩大了结构的正压区并增加了结构表面的风压力。最后给出了该类结构的风荷载建议。     

脉动风作用下高耸塔结构风振响应研究

根据脉动风的特性对脉动风荷载进行模拟并验证其有效性,得到作用在高耸塔结构上的脉动风荷载时程样本。在此基础上,建立塔结构的空间三维有限元模型,采用时程分析方法计算塔结构的风振动力响应。结果表明脉动风作用下高耸塔结构顶部风振响应较大,因而需要采取有效措施抑制其风振响应。     

基于风洞试验的高层建筑风致响应和 等效风荷载计算

针对复杂体型和有气动干扰情况下高层建筑的风致响应和设计风荷载问题,提出一种基于风洞试验的计算方法,利用同步测压的风洞试验数据获得高层建筑的风压测层合力,基于简化层模型,在频域内给出该高层建筑风致响应和对应于各种响应等效风荷载的计算方法,并将该方法应用于某高层实例.分析表明：位移响应以第1阶模态贡献为主,加速度响应的前几阶模态均有贡献;采用频域和时域方法获得的位移和加速度响应吻合较好;本实例中基于顶部位移、底部剪力和底部弯矩的等效风荷载结果非常接近;等效风荷载的累加值可用来判断最不利风向角.     

上部吸气控制下超高层建筑的平均风荷载特性研究

为减小超高层建筑的风荷载,改善结构的抗风性能,设计了一套吸气控制系统,完成了上部吸气控制下超高层建筑刚性模型的测压风洞试验,研究了不同风向角下吸气控制的几何参数和流量参数对模型的平均风荷载特性的影响规律。结果表明:吸气控制对吸气孔高度范围内的平均风压系数和层阻力系数的折减要显著大于非吸气控制段的风荷载折减;吸气流量系数CQ越大,吸气控制段的风荷载折减越显著,当CQ绝对值从0.004 57增大到0.017 4时,模型上部8~10层(吸气孔高度范围内)的层阻力系数最大折减值由0.094增大到0.231;在不同来流风向角下,吸气控制效果差异较大。因此,为实现吸气减阻,应根据建筑所在地的主导风向角确定最佳开孔方案。     

超高层建筑风荷载数值模拟和空间风振分析

某沿海超高层建筑高度达350 m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的CQC方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.     

小型风洞的设计与实验

风洞试验是进行汽车、飞机空气动力学研究的重要手段.本文利用ARM STM32与微型拉压力传感器、气压压力传感器、风速传感器,以及变频风机、洞体设计出一种小型风洞.通过风洞对3种不同形状汽车模型进行测量,得出了它们的风阻系数(轿车0.26,SUV车0.36,卡车0.43);通过对飞机模型的测量,得出了飞机升力及俯仰角的关系.实测证明,该风洞可以较准确地对模型的空气动力性能进行定量及定性分析.     

典型超高层建筑横风向气动力谱的构成分析

通过风洞试验得到典型超高层建筑的横风向脉动风荷载分布,将横风向脉动风荷载作用分解为横向紊流及旋涡脱落2种作用机理的共同作用,分析了横风向气动力谱的构成成分,并将分析结果与高频动态测力天平的结果进行了对比研究．结果表明:横向紊流对横风向气动力谱的贡献较小,而旋涡脱落激励对总横风向气动力谱的贡献较大;在不同风场中这些贡献量会发生改变．根据同步测压试验分解横风向气动力谱的方法可以清楚地解释超高层建筑横风向气动力谱的构成成分．     

方截面超高层建筑风洞试验阻塞效应研究

以方形柱体为研究对象,通过3组仅缩尺比不同,其他指标完全相同的风洞试验测压模型,设置了不同周边建筑布置方式,研究了周边建筑与主体建筑在多种相对位置下阻塞效应对试验数据的影响。结果表明,迎风面风压系数受阻塞效应影响程度小于侧面和背风面,但当周边模型位于主体模型前方时,阻塞效应对迎风面均方根风压系数的影响仍不可忽略;侧面风压系数受阻塞效应影响程度最为显著(尤其当周边模型位于主体模型两侧时),且侧面上游测点平均风压受阻塞效应影响程度大于下游测点,而均方根风压系数则是下游受影响更明显;背风面风压系数受阻塞比的影响程度小于侧面,但当周边模型位于主体模型后方时,背风面下部测点受阻塞效应影响较为明显。整体来看,在同样的阻塞比下,不同周边建筑的摆放位置所造成的阻塞效应不相同,说明阻塞比这一整体指标不足以完全衡量出阻塞效应的严重程度,阻塞比的精细方法还有待建立。     

高层建筑风场的数值模拟和风洞试验结果比较

以中华城商业社区高层建筑群为工程背景,采用RNGk-ε湍流模型模拟了建筑群中超高层建筑的表面平均风压分布及周围风环境,计算了与风洞试验等雷诺数及增大来流风速和模型尺寸提高雷诺数后的两类雷诺数工况,并同风洞试验结果进行了对比。结果表明,在等雷诺数情况下,风洞试验和数值模拟得到的超高层建筑表面风压分布较为一致,数值差别在15%以内;数值模拟与试验雷诺数相差25倍的工况中,当多数建筑主轴向与来流风速成一定角度时,超高层建筑的风压分布及周围流场的数值模拟结果与试验较一致;当多数建筑主轴向与来流风速平行时,尾流中旋涡分布的数值模拟结果与试验差异明显,但平均风压分布的数值模拟与试验结果略显差别。     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

基于分形特性的开口拱形结构风致积雪漂移风洞试验研究

风作用下雪粒会发生漂移、沉积现象,进而对结构周边区域产生不利影响。对于相邻开口结构,结构四周风致积雪分布规律较为复杂且无规范可循。因此分别以单独和相邻开口拱形屋面结构为研究对象,进行了风致积雪分布风洞试验研究,探讨了洞口方位对单独拱形结构表面及周边积雪分布的影响,结构间距和相对角度对两模型间积雪分布规律的影响。以风洞试验数据为依据,根据整体区域粒子的分形特性,定量分析了风致积雪漂移这种无规律和随机波动的外在紊乱运动。结果表明：洞口的存在极大程度影响了拱形结构周边积雪分布情况,无论在局部区域还是整体粒子区域,洞口位于侧立面时,结构周边的雪压分布较为有利;两开口模型间距越小,模型间积雪沉积越严重,对结构稳定性越不利;两模型洞口角度为30°时,局部雪深系数最大,洞口角度为60°时,整体区域的积雪分布形态最为不利,但其局部最大雪深系数要低于相对角度为30°,因此设计中应避免上述排列方式。所得结论可以为准确描述雪粒分布形态特征提供依据。     

直流式低速风洞流动特性研究

针对新建的东北电力大学直流式低速风洞,介绍了其流场品质的测试方法和测试数据分析.包括:实验段风速、气流稳定性、流场均匀性、气流偏角、紊流度等五项,给出了测量的数值结果和相关参数的分布曲线,并确定了风机工作频率与气体流速之间的关系.