高层建筑静风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。本文采用测力天平模型风洞试验研究了两个高层建筑间的静力干扰效应,得到了两个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子IFm。并且首次引入了正交试验法设计试验方案,研究了施扰建筑高度、截面尺寸和外形对顺风向静力干扰因子IFm的影响。应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广,给出了IFm的等值线图,可供规范应用和参考。     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

周边高层建筑对大跨屋盖结构静风干扰效应试验研究

为了研究周边高层建筑对大跨屋盖结构顶面风荷载产生的影响,以某科技交流中心风荷载风洞试验为基础,从受扰屋盖总体受力和局部受力两个方面分别研究了施扰高层建筑外形及其相对位置对风荷载干扰效应的影响。最后得出了施扰建筑外形改变对干扰效应的影响规律、施扰建筑处于不同干扰位置对干扰效应的影响规律以及各种外形施扰建筑的最不利干扰位置及平均静风干扰因子(IF)最大值,为大跨屋盖结构设计时的风荷载取值提供了试验依据。     

受扰高层建筑的风致响应分析

受扰状态下高层建筑的静动力响应明显不同于单体建筑。以一实际姊妹塔楼为研究对象,根据风洞试验中获得的风压分布结果,计算塔楼结构的风致响应。风洞试验及结构响应计算不仅考虑了两栋塔楼同时存在的情况,还考虑一栋塔楼先期建成,另一塔楼尚未建造的情况。细致分析了不同风向下结构的平均及脉动位移响应、静动力干扰因子的特点。结果表明,施扰建筑位于受扰建筑正前方时具有最大的干扰效应,此时受扰塔楼的总位移峰值最小;而当受扰建筑处于施扰建筑下游时,在风向偏斜时,受扰塔楼的总位移峰值最大。     

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。     

不同断面宽度群体高层建筑的动力干扰效应(第1部分 顺风向响应)

基于高频底座力天平技术,研究了不同宽度比的两个和三个建筑物间的顺风向动力干扰效应。文中采用了神经网络、统计和谱分析等方法对干扰特性和机理进行了分析。结果显示,当受扰建筑位于上游施扰建筑物的尾流边界时,会产生较大的动力响应;并且两个施扰建筑物的联合干扰作用会比单个施扰建筑物的干扰作用强,在B类地貌下两个施扰建筑物测出的干扰因子(IF)会比单个施扰建筑的增加79%。位于上游的施扰建筑所脱落的旋涡会使受扰建筑产生涡激共振响应并且产生数倍于非共振情况的IF值,尤其对于小宽度的施扰建筑,在较小的折算风速时就会产生涡激共振问题。粗糙化地貌的高湍流度会对上游施扰建筑尾流的旋涡形成产生一定的抑制作用,在D类地貌下的IF值要远小于B类地貌情况,但在D类地貌下观察到IF值仍有2.2。     

并列布置超高层建筑间的风压干扰效应

在边界层风洞中使用同步测压技术详细研究了双并列和三并列超高层建筑在不同间距下建筑各个立面风压的分布特征并用干扰因子IF(定义为建筑受扰后的风压值和相应单体情况的风压值之比)来描述施扰建筑的干扰影响。结果显示:双并列建筑相临立面的平均风压和峰值风压最大干扰因子(IFmax)具有高度的线性相关性,且IFmax随建筑间距而单调衰减。总的说来,两个施扰建筑的干扰效应高于单个施扰建筑的干扰效应,由回归分析得到的反映双并列和三并列建筑侧立面IFmax随并列间距比变化的经验关系式具有较高可信度。对于背风面,两个施扰建筑的干扰产生的放大效应明显大于单个施扰建筑,单个和两个施扰建筑可使受扰建筑背风面平均风压系数分别升高16%和36%、并使迎风面和背风面的总压差系数分别增加5%和13%。     

不同断面宽度群体高层建筑的动力干扰效应(第2部分 横风向响应)

采用本文第1部分所介绍的试验技术和软件分析工具,研究了不同宽度比(Br)的两个和三个建筑物间的横风向动力干扰效应。和顺风向响应分析一样,处于斜列的上游施扰建筑的尾流同样是引起受扰建筑横风向响应增大的主要原因,但试验结果同时也显示,当施扰建筑和受扰建筑处于并列和串列时,也会使受扰结构的横风向响应显著加大。在B、D两类地貌下,和受扰建筑大小一样的两个施扰建筑的干扰因子(IF)会比单个施扰建筑情况分别高出80%和25%。小宽度的上游建筑在低风速时就会产生涡激共振而产生较大的IF值,尤其要指出的是位于(3.1b,0)上的Br=0.5的施扰建筑物在B类地貌下和较低的风速下会产生高达7.09的IF值。粗糙化地貌的高湍流度会对上游施扰建筑尾流的旋涡形成产生一定的抑制作用,故在D类地貌下的IF值要远小于B类地貌情况,但在D类地貌下观察到的IF值仍有1.83。     

开洞超高层建筑的风致内压干扰效应

为研究超高层建筑风致内压的干扰效应,在不同干扰工况下对一典型开洞超高层建筑进行了内压风洞试验。分析了不同截面宽度、不同高度施扰建筑干扰下的平均与峰值内压干扰因子的分布规律,并通过功率谱分析,研究了有、无干扰建筑时脉动内压的能量分布。结果表明:有、无干扰下的超高层建筑风致内压近似服从高斯分布;串列布置时,随着施扰建筑与受扰建筑的截面宽度比的增大,内压干扰因子逐渐减小;在并列布置且侧面开洞时,平均与峰值内压均呈放大效应,且干扰因子随着宽度比的增大而随之增加,峰值内压干扰因子最大值为1.33,此时若并列间距较小时,旋涡脱落共振峰值消失,但Helmholtz共振峰值能量会被大幅提高;当串列布置且施扰建筑高度与开洞所在高度相近时,侧面开洞受扰建筑的峰值内压始终被放大,峰值内压干扰因子最大值为1.12。     

组合布局对建筑立面风驱雨分布影响特性的数值分析

风驱雨（Wind-Driven Rain,简称WDR）是建筑外立面最主要的水分来源,为外墙材料耐久性能及建筑温湿环境的重要影响因素。目前,WDR分布特性的研究主要针对单体建筑布局,考虑群体布局条件下建筑立面WDR分布以及受布局扰动影响的研究仍比较缺乏。基于欧拉多相流模型的WDR数值模拟方法,在验证方法对两建筑串列布局下较复杂WDR场具有较好模拟适用性的前提下,针对两建筑串列布局方式,考虑施扰建筑高度(h)及间距(d)变化,模拟不同工况下受扰建筑迎风面WDR分布,通过与单体布局情况进行比较,重点分析受扰建筑迎面风WDR分布特点及局部区域WDR变化规律,获取该布局变化时气动干扰对受扰建筑迎风面WDR分布的影响特性。结果表明：受扰建筑迎风面WDR分布受施扰建筑高度变化影响较大,受间距变化的影响相对较小,而局部区域干扰因子更能有效反映受扰建筑立面WDR分布的气动干扰影响。     

某双塔楼表面风压的非高斯特性研究

通过对某双塔高层建筑进行了风洞试验,对该双塔高层建筑表面风压的非高斯分布特性进行了研究;基于各风向角下风压系数的三阶、四阶矩统计量,对高层建筑各立面风压进行了高斯与非高斯分布的分区;最后,对高斯区和非高斯区设计风压系数的峰值因子取值问题进行了探讨,发现在实际应用中对非高斯区的峰值因子取值偏小。     

The effect of plan ratios on wind interference of two tall buildings

Tall buildings are vulnerable to lateral loading. The facades of these buildings are susceptible to wind loads. It is very difficult to assess the wind condition around the tall building in the presence of other surrounding buildings due to the wind interference effect. An experiment is carried out in the Boundary Layer Wind Tunnel at Tokyo Polytechnic University, Japan, to study the wind interference effect on tall buildings with varying plan ratios. The maximum and minimum local peak pressure coefficient contours on front face of the principal building are plotted. The interference effect is quantified in terms of interference zone charts. It is observed that interference zones extend over a larger area as the building plan ratios increases. The minimum interference factor depends on the plan ratios of the interfering building especially along the oblique direction. The results of this study may be useful for the preliminary design of cladding of tall buildings with interfering buildings.     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

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     

Wind‐induced interference effects between twin tapered skyscrapers

Twin high‐rise buildings, that is, two closely located tall buildings with identical or similar geometrical features, are inevitably under wind‐induced interference effects. Most previous studies employed rectangular or circular prisms as twin tall buildings to investigate the interference effects. Therefore, these findings need further verification and modification for twin high‐rise buildings with more complex exterior geometries. This study uses wind tunnel pressure measurement tests to investigate the interference effects on typical twin super‐tall buildings with a tapered shape and recessed corners. Structural overall overturning moments and surface wind pressures applied on the twin skyscrapers are analyzed and discussed in detail. The interference effects on the twin skyscrapers are further compared with those on paired square prisms with the same height and footprint breadth. The results show that the interference effects on the twin tapered super‐tall buildings differ considerably from those on the square prisms, and the critical building configurations that need cautious treatment in the designs of twin skyscrapers are specified.     

五种被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制的实用设计方法

本文在建立了五种被动的动力减振器 (TMD, TLCD, LCVA, C TLD, R TLD)对高层建筑结构脉动风振反应控制的统一方程的基础上,导出了被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制效果的等效结构阻尼比的统一计算公式和被动动力减振器优化参数的设计方法。在此基础上,文中依据我国《建筑结构荷载规范》,对设置被动动力减振器的高层建筑提出了抗风设计的荷载风振系数和脉动增大系数的修正公式,从而使被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制的设计计算可采用常规的规范方法进行,大大方便了广大结构工程师的应用。     

高层建筑风荷载研究成果的述评

高层建筑风荷载研究,是结构风工程最重要的研究内容之一。深入开展建筑物表面风荷载研究、建筑物风致响应研究、建筑物风荷载干扰和舒适性研究,对于正确分析高层建筑风荷载的力学响应,保证结构的安全性与适应性,具有重要的指导意义。本文论述了高层建筑风荷载研究领域的主要成就和最新进展,并对其研究发展思路提出了一些看法。     

泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究

制作了缩尺比为1∶200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型,在其外表面布置足够的测点进行了同步测压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据,研究了该9栋建筑的风致响应,包括位移和加速度响应。结果表明:左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面"吸力";泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为"遮挡"效应,其顶部加速度响应均小于规范限值,能满足人体舒适度的相关要求。     

六塔楼群体高层建筑风场数值模拟

采用数值模拟方法对杭州市市民中心这一六塔楼群体高层建筑的风场进行了计算分析,获得了该建筑与典型规则钝体建筑所不同的风场分布特征.同时,给出了设计时可用的整体阻力系数值.