某高层建筑结构风致响应干扰效应研究

结合某高层建筑风洞模型试验,详细分析了不同工况下结构的风致响应,对干扰效应进行了深入研究。结果表明:基底弯矩的干扰效应主要表现为遮挡效应,遮挡使峰值弯矩减小,但是干扰位于侧风向或者下风向时,有可能使结构的峰值弯矩增大。受扰后,基底弯矩背景分量的变化规律与平均分量较为类似,共振分量的变化规律不明显。峰值加速度受扰后的变化也没有规律性。     

建筑群风环境干扰效应研究

在TJ3风洞中,对浦东一拟建大楼与其周边建筑群之间的风环境群体干扰效应做了试验研究。分别对仅单体建筑、仅周边建筑群、单体建筑和周边建筑群三种情况进行了风洞试验。分析试验数据,得出各测点处平均风速系数rM和阵风风速系数rG随风向角的变化,进而得到周边建筑群对试验建筑风速系数的干扰因子IF1和试验建筑对周边建筑群风速系数的干扰因子IF2随风向角的变化。试验结果表明：处于高层建筑的尾流区或者当建筑并排布置形成街道峡谷时,干扰效应十分显著;矩形截面建筑的尖角效应比较明显;试验建筑建成后对原周边风环境的影响不可忽略。     

高层建筑群静力干扰效应的试验研究

采用力天平技术 ,用风洞试验方法研究了 5种不同高度和宽度比的一个和两个施扰建筑物在不同间距和地貌条件下对受扰建筑的静力干扰影响。分析中采用神经网络、统计分析等方法对不同影响因素进行分析和对比 ,采用了一种比较简洁的方式 ,描述三个建筑物间的风致干扰特性 ,解决了三个建筑物的静力干扰效应难以表示的难点。结果显示 :对于顺风向静力干扰而言 ,干扰因子基本都小于 1,呈现遮挡效应。但同时也发现 ,由于狭管效应 ,处于并列布置时的某些配置的最大干扰因子值可高达 1 2 ,即此时结构在受扰后的平均荷载有可能比其孤立状态增加 2 0 %。一般情况下 ,遮挡效应随施扰建筑物的宽度的增大而增大 ,但狭管效应也会随之增强。高度比小于 0 5的施扰建筑的影响可以忽略不计 ,对干扰效应有较明显影响的高度比在 0 5～ 1 0之间 ,高度比超过此范围的建筑物的遮挡影响基本和高度比为 1的一致 ,但狭管效应则会更为明显。     

不同排布下球壳结构群体风致干扰效应风洞试验研究

风荷载是影响各类大跨屋盖设计的重要因素,而由群体产生的干扰效应又常常使风场更加复杂,使结构在风荷载作用下表现出不同于单体的响应.本文通过风洞试验技术,分别考虑球壳群在一字形、品字形、四边形三种典型排布方式、三种不同间距(R/3、R/2、R)以及不同风向角下的群体干扰效应.通过数值统计等方法,对不同影响因素进行分析和对比...     

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。     

均匀风场中矩形单体高层建筑风致响应的阻塞效应

在闭口回流式风洞TJ-2中分别对阻塞度为4.1%,6.1%,8.4%,10.1%的单体高层建筑刚性模型进行了测压试验,根据风洞试验结果,选取3种典型结构进行响应计算,以研究阻塞效应对不同结构风致响应的影响。对结构顶部位移和加速度、基底剪力、等效静力风荷载进行了细致分析。结果表明:各结构顺风向顶部位移和基底剪力平均值的阻塞效应较为接近,但顺风向、横风向顶部位移、加速度和基底剪力均方根的阻塞效应较为显著,且差别较大。随着阻塞度的增大,结构质量越轻、刚度越柔,横风向顶部位移、加速度和基底剪力的均方根的阻塞效应均有所降低。各结构顺风向等效静力风荷载峰值在顶部和底部处的阻塞效应较为明显。结构质量越轻,刚度越柔,建筑顶部附近的顺风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应增强,而横风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应减弱。     

前方建筑对高层建筑风压分布的干扰效应研究

在大气边界层风洞中开展了某高层建筑群刚性模型测压试验,对比分析了不同前方干扰条件下受扰建筑物表面风压分布特性。结果表明:1)建筑前方无施扰建筑时,斜向布置的施扰建筑物以及并联布置的施扰建筑物对受扰建筑立面的正压影响较大;2)前方施扰建筑较低时,下部平均正压减小明显,最大高达70%,而高处则存在正压局部放大效应;3)前方施扰建筑较高时,迎风面的干扰因子在高度上分布是比较平均的,并且受到的遮挡效应十分明显。所得结果可为此类建筑进行结构风荷载设计提供参考。     

某百米级高层隔震结构风致效应研究

现行规范采用静力设计的方法可能对高层隔震结构的风致效应考虑不足,为此深入研究了高层隔震结构抗风设计与风致效应,结合现行规范提出高层隔震结构风致效应分析框架,并针对中国某百米级实际工程隔震结构展开风致效应的分析与评估。结果表明:现行规范采用等效静力的计算方式低估了高层隔震结构实际所受的脉动风作用,通过风荷载时程分析发现,隔震层X、Y向的水平剪力相比风荷载标准值作用分别增加了23.8%和27.7%,但从设计的角度出发,现行规范取1.4的分项系数能满足隔震层抗风稳定性的要求; 在10年一遇风荷载作用下,高层隔震结构顶部存在舒适度的问题,最大风振加速度达到16.2 cm?m^-2,超出规范限值8%; 在1年一遇风荷载作用下,高层隔震结构顶部的最大风振加速度达到7.6 cm?m^-2,其居住舒适性更难以满足,高层隔震结构的舒适度问题在今后的抗风设计中应予以重视; 提出的分析框架能较系统和全面地反映高层隔震结构风致效应,可为现行规范提供理论参考依据。     

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。     

周边建筑干扰下超高层建筑的风荷载幅值特征

以上海陆家嘴地区的环球金融中心为研究对象,根据刚性模型测压风洞试验结果,研究在周边建筑干扰下,超高层建筑的表面风压系数和各层风力系数的幅值特征。研究发现:当密集建筑群位于环球金融中心上游时,会使其下部被遮挡面的正压力均值减小,甚至可能变成负压力,而对压力根方差的影响比较复杂,有可能使其增大2～3倍,也有可能使其减小;当金茂大厦位于环球金融中心上游时,会使其被遮挡面的正压力均值减小,甚至可能变成负压力(绝对值有可能会增大1倍),也可能使其被遮挡面的压力根方差增大1～2倍;当金茂大厦和周边密集建筑群位于环球金融中心的下游时,风压幅值的干扰效果不太明显;当金茂大厦位于环球金融中心上游时,对其中下部各层风力系数幅值影响较大,而在上游金茂大厦和密集建筑群的共同干扰下,环球金融中心下部的风力系数幅值非常紊乱。研究为超高层建筑在周边建筑干扰下的玻璃幕墙和结构抗风设计等提供参考。     

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。     

Wind-induced motion of tall buildings

Modern buildings designed such that their lateral drifts under statically applied wind loads are less than some fraction of building height, may vibrate excessively during winds and cause occupant discomfort. Methods are presented for evaluating the vibration characteristics of buildings using random vibration theory to relate the fluctuating wind forces to structural response. These methods can be used to evaluate serviceability or to plan wind tunnel tests of buildings.     

Wind-induced loading and dynamic responses of a row of tall buildings under strong interference

This paper studies wind-induced interference effects on a row of five square-plan tall buildings arranged in close proximity. Mean and fluctuating wind loads are measured on each building member and wind-induced dynamic responses of the building are estimated with the high-frequency force-balance technique. The modifications of building responses from interference over a practical range of reduced velocities are represented by an envelope interference factor. Wind tunnel experiments and response analysis are carried out under all possible angles of wind incidence, at four different building separation distances, and for two arrangement patterns of buildings in the row, that is the parallel and diamond patterns. It is found that building interference leads to amplified dynamic responses in many cases but reduction in responses also occurs at some wind incidence. For a building row of the parallel pattern, five distinct wind incidence sectors of different levels and mechanisms of interference effect can be identified. The largest values of envelope interference factors can reach 2.4 for the torsional responses. When the row of tall buildings is arranged in the diamond pattern, increase in wind excitation occurs at many wind angles due to a “wind catchment” effect. The interference factors have larger peak values, reaching 2.1 in the sway directions and above 4 in torsion. However, all large amplifications of building responses do not occur in the situations of peak resonant dynamic responses of the single isolated building. Thus, the design values of peak dynamic responses of a tall building are not significantly magnified when placed in a row.     

平板型高层建筑风能集聚效应研究

为研究平板型高层建筑的风特性影响,本文采用CFD数值模拟方法,以表面风压、风速增大系数作为评价指标,选取风机安装高度、风向角等作为控制变量,通过建立多组工况研究建筑物周围风能集聚效应。结果表明:对于不同的开洞高度,通道内的风压是比较均匀的,随着开洞高度的增加,洞口表面风压会逐渐增大;而风场的风压系数随着建筑物的高度方向是比较均匀的,大约在建筑全高2/3处到达最大;随着风向角的增大,建筑背风面的驻涡会逐步往洞口通道侧移动,当风向角约为15°-30°和60°-75°时,建筑尾流区有卡门涡街现象发生。     

论高层建筑的扭转控制

针对高层建筑出现的扭转问题,分析了结构扭转产生的原因,探讨了结构扭转的性质,通过对以上两方面的分析探讨,得出了减轻扭转破坏的措施,并介绍了新规范中关于抗扭设计的规定,从而防止扭转效应的产生,减轻结构破坏的程度。     

复杂高层建筑物气动力测量及干扰试验研究

介绍了"东方之门"建筑的动态测力试验的方法和结果,并通过测点风压系数积分程序计算得到整体的平均风荷载,与风洞天平测力的结果进行比较,发现两者之间吻合得比较好。分析了邻近建筑和群楼干扰时,在某些风向角下出现的比较明显的"遮挡效应"和"狭管现象"。     

高层建筑灭火

对于世界贸易中心遭受恐怖袭击这样的灾害规模、建筑高度和破坏速度来说,现代的灭火能力还不能有效地做出响应。然而,现有技术能做到的只是在灾难性破坏发生前,快速部署设施和输送足够的灭火剂,以便对类似事故进行有效地控制。按照这种说法,部署灭火力量时,既不依据事故的情形,也不依据建筑基础的状况,其购置和运行费用依据财产价值的大小和受到威胁的人数多少确定,并控制在一个可以接受的范围内。图1扑灭高层建筑火灾1世界贸易中心:消防界的教训2001年9月11日的恐怖袭击事件,充分暴露出了高层建筑在上部楼层发生火灾时的弱点。虽然恐怖袭击…