矩形高层建筑表面风压特性研究

通过刚性模型风洞测压试验,对短边迎风和长边迎风时的矩形截面高层建筑表面风压特性及作用机理进行研究。对比了不同风向角下建筑表面风压分布及相关特性:短边迎风时,锥形涡是建筑侧面风压脉动的主要诱因,侧面脉动风压较大值出现在底边缘附近的瓣状区域内,该区域内风压互相关性显著;长边迎风时,旋涡脱落是导致建筑侧面风压脉动的主要因素,侧面吸力较大值集中在迎风前缘附近,且风压横向互相关性突出。基于风压时程的高阶矩,探讨了建筑表面风压非高斯脉动特性:短边迎风时,风压非高斯区位于迎风面角部、锥形涡作用区及尾流作用区;长边迎风时,非高斯区位于侧面迎风前缘附近的分离区。分析了建筑侧面脉动风压谱和风压相干性,结果表明:短边迎风时,建筑侧面风压脉动能量主要集中在低频段,风压强相干区域仅存在于迎风前缘附近;长边迎风时,旋涡脱落使得建筑侧面脉动风压谱和风压横向相干函数均在折减频率0.1处出现峰值,加之该频率所对应相位角接近0°,使得建筑侧面出现强烈且同步的风压脉动;短边迎风和长边迎风时锥形涡及旋涡脱落在建筑两侧诱导产生的风压脉动均为反相位,对结构抗风较为不利。     

长宽比对矩形网架受力性能影响研究

通过对大中跨度的矩形四角锥网架的多个计算案例分析对比,发现矩形网架结构在长宽比大于1. 5时,表现出完全的单向板受力特性;长宽比在1. 2～1. 5之间时,单向板性能随长宽比增加而变得显著;长宽比小于1. 2时,基本表现为双向板受力特性。当网架表现出较强单向板受力特性时,会造成单向杆件截面较大,给设计带来一些问题。结合实际工程项目,给出了改善网架双向受力性能的方法。     

矩形高层建筑表面风压脉动的非高斯特性研究

通过刚性模型风洞测压试验,对长边迎风和短边迎风时,矩形高层建筑表面风压脉动的非高斯特性进行研究。基于所测得风压时程的三阶矩和四阶矩,划分了建筑表面风压脉动的高斯区和非高斯区。结果表明,在迎风面,非高斯区主要位于迎风边缘及角部。在侧风面,长边迎风时,非高斯区主要集中在迎风前缘附近;短边迎风时,非高斯区位于靠近背风边缘的旋涡再附区。采用Hermite级数法、全概率迭代法及Sadek-Simiu法分别计算了非高斯区内风压时程的峰值因子。结果表明,全概率迭代法和Sadek-Simiu法计算所得非高斯区内的峰值因子较为接近,数值介于3.7~5.7之间;Hermite级数法所给出的峰值因子偏于保守,数值介于3.5~7.0之间。在风压极值的保证率方面,Hermite级数法、全概率迭代法和Sadek-Simiu法所对应的风压极值保证率均值分别为99.99%、99.94%和99.87%。相较于Hermite级数法和全概率迭代法,根据Sadek-Simiu法计算所得的非高斯区风压极值可确保围护结构设计安全。     

外凸式矩形高层建筑风压研究

针对外凸式矩形高层建筑结构外形复杂且其风荷载值无法通过建筑荷载规范直接获得的情况,以丝绸之路世界贸易中心外凸式矩形高层建筑为研究对象,通过风洞试验获得其风荷载值,并与规范给出的矩形结构体型系数进行对比,总结外凸式矩形建筑结构风荷载规律。基于Fluent软件,选用不同湍流模型,对外凸式矩形高层建筑进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验结果进行比较,验证数值模拟方法的可行性。结果表明:该高层建筑迎风面的体型系数与规范接近; 背风面底部区域的体型系数比规范值大约70%,其他区域与规范值接近; 侧面体型系数均大于规范值,且最大负压出现在侧面; 对于外凸式矩形高层建筑结构,外凸结构风压较相邻区域增大,凹进结构的风压较相邻区域减小; 体型系数沿高度方向变化较大,凸出结构为迎风面时,其下方相邻区域体型系数比规范值小近50%; 数值计算结果与试验数据整体趋势基本一致; Realizable k-ε模型的数值模拟结果要优于Standard k-ε模型; 对于矩形高层建筑,凸出结构为迎风面时,其相邻上部区域和背风面下部区域风荷载不仅受凸出结构的影响,而且还受到凸出结构宽度的影响,其对体型系数的影响幅度为±20%之间。     

复杂体形高层建筑表面风压分布的特征

本文对上海、杭州三幢高层建筑表面风压模型风洞试验的主要结果进行了分析对比，探讨了复杂体形双塔楼高层建筑表面风压分布特征，为保证高层建筑大型玻璃幕墙在强风暴作用下的安全可靠提供了设计参数。     

长宽比2∶1矩形截面高层建筑全风向气动阻尼试验研究

由于高层建筑阻尼小、频率低,易在风荷载作用下发生明显的气动弹性效应,出现不可忽略的气动负阻尼比。为此,考虑高层建筑的一阶线性弯曲模态,制作了长宽比2∶1的矩形截面高层建筑的单自由度气动弹性模型,模型比例1/600。进行了全风向下气弹模型风洞试验,每个风向测量了10个试验风速下的建筑顶部加速度响应,并采用随机减量方法,对矩形截面高层建筑气动阻尼比进行识别。研究结果表明:对于长宽比2∶1的矩形截面高层建筑,强轴方向的风致加速度响应远大于弱轴方向;两个主轴方向的顺风向气动阻尼比均为正值,但强轴方向的横风向气动阻尼比为负值,无量纲临界风速约为5.5;仅采用横风向气动阻尼比结果,可以很好地反映全风向的气动阻尼特性。     

双火源间距和长宽比对地面温度分布影响研究

针对双火源间距、燃烧器长宽比和火源热释放速率对双火源中心线上温度分布的影响开展了试验研究。使用丙烷燃烧器模拟火源,火源间距为 0.2,0.4,0.6 m,燃烧器长宽比为 1、3、6。结果表明：双火源引起的地面中心线上的纵向温度分布大致符合指数衰减规律。其他条件相同时,随火源间距的增大,近火源处的中心线上同一位置的温度逐渐降低,而远火源处同一位置的温度基本不变。燃烧器长宽比对双火源中心线上的温度影响不是单调的。基于量纲分析法,建立了关联火源间距、燃烧器长宽比和热释放速率的中心线温度分布的经验公式,并与实验值吻合较好。     

低紊流度下二维矩形截面柱体模型表面风压分布的雷诺数效应

在雷诺数为(1.1～6.8) ×105的范围内测量了5种截面宽厚比(B/D分别为2.0、2.5、3.0、3.5和4.0)的二维矩形截面柱体模型的表面风压时程,研究了各模型的平均风压分布以及脉动风压分布随雷诺数的变化规律,并分析了雷诺数对5个模型的背风面中点风压系数的影响,进而从模型周围气流绕流的角度解释了矩形截面柱体模型雷诺数效应的机理.试验结果表明,5个模型的表面风压分布都受雷诺数的影响,且雷诺数不仅影响模型侧面气流再附区的风压分布,也影响模型侧面前缘气流分离区的风压分布.不同截面宽厚比的模型受雷诺数的影响程度也不同,其中B/D=4.0模型的表面风压分布对雷诺数最敏感,当雷诺数达到6.8×105时,其分离剪切层更易再附于模型侧面,其气流再附位置明显向前缘移动.此外,B/D=4.0模型的背风面负压绝对值随雷诺数的增大呈现先增大后急剧减小的变化规律.     

高层建筑表面风压分布规律的数值计算与分析

用数值模拟的方法，求解高层建筑各外表面风压系数随风速、建筑高度和宽度的变化规律及对这些规律进行理论分析。     

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。     

某典型高层建筑表面风压分布特性及干扰效应试验研究

结合某典型高层建筑刚体模型测压试验,详细分析了有、无周边建筑物干扰两种情况下其表面风压的分布特性,并绘制了建筑表面的平均风压系数、脉动风压系数等值线分布图。试验研究表明:群体高层建筑间的风干扰问题主要表现为遮挡效应和峡管效应;当上游建筑的尾流边界受到干扰时,上游建筑的侧风面和背风面的风压系数会发生显著改变。     

高层建筑表面风压系数分布公式的数值计算与拟合

高层建筑物结构风荷载与暖通渗风量的计算都依赖于建筑物外表面上的风压分布资料与风压系数的具体数据。对不同风速作用下不同体型和尺寸的空气绕流高层建筑模型外表面上的风压进行了数值计算，利用计算结果对风压系数分布进行了数学回归，并拟合出风压系数分布公式。     

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。     

群体高层建筑的峰值风压分布特征

基于同步测压技术,研究了不同宽度比和不同高度比（记为Br和Hr,分别表示施扰和受扰建筑的宽度与高度之比）的2个高层建筑在串列、斜列和并列布置时峰值风压干扰效应。结果表明：邻近施扰建筑的侧面峰值风压主要呈现放大效应,且宽度比越大（Br≤1时）,高度比越大,放大效应越明显,立面最高负风压系数绝对值可升高30%。迎风面放大效应区则主要集中在施扰建筑位于横风向间距为3b(b为受扰建筑的迎风宽度)的迎风区域内,立面最高正风压系数可升高40%。当串列间距较小且高度比小于1（Hr=0.8）时产生的三维绕流现象可使得受扰建筑侧面局部风压升高61%,迎风面边缘局部风压升高24%。并列布置时产生的峡谷效应引起足够的重视,试验测得最大干扰因子可达2.13且随并列间距的增大而减少,当并列间距超过9b时峡谷效应才渐趋消失。由试验结果回归得到的并列布置时的侧立面最大峰值风压干扰因子随并列间距变化的关系式具有较高可信度。     

高层建筑屋面风压分布的数值模拟

对高层建筑屋面的风压分布进行了分析,模拟了0°和45°两个风向角下屋面平均风压分布,得出了迎风的屋面产生了极大的负风压,其他区域风压相对较小,45°风向角为高层建筑屋面风压的较不利风向角的结论。     

开口空间结构表面风压分布规律研究

基于专业计算流体动力学软件平台Fluent 6.3提供的SSTk-ω湍流模型,对深圳市福田交通综合枢纽玻璃幕墙表面风压进行了不同风向下的数值模拟计算。在此基础上将数值风洞模型简化,并对比简化模型和原实体模型模拟结果。结果表明,采用简化模型同样可得到较准确的模拟结果,实际工程应用中可提高计算效率。此外,考虑建筑宽厚比、开洞率及开洞位置的影响,计算了不同影响因素下模型各表面风压系数,得出开口空间结构的表面风压分布规律,为实际工程风压分析提供参考。     

矩形高层建筑脉动风压概率特性与峰值因子

在边界层风洞中完成了一系列矩形截面高层建筑1∶500刚性模型的同步测压试验。根据试验结果研究了高层建筑表面脉动风压的概率特性。结果表明:高层建筑迎风面脉动风压的概率特性可采用高斯分布来描述,但侧风面、背风面均表现出不同程度的非高斯性,侧风面气流分离所形成的剪切层的厚度越大,非高斯性越明显;基于目标概率法,提出了便于工程应用的峰值因子的取值方法,随着保证率的增大,按该方法计算得到的峰值因子的增大速度比正态分布峰值因子的增大速度快;对矩形截面高层建筑,以99.38%作为目标概率,极大值峰值因子取2.7;极小值峰值因子在立面中间区域取3.3,边缘区域取3.9。     

复杂周边高层建筑风压分布特性试验

结合某复杂周边高层建筑的风洞试验,分析了该建筑物在有无干扰下平均风压系数和脉动风压系数的分布特性.结果表明:无干扰时迎风面平均风压为正值,其余各面为负值;湍流度对脉动风压有影响,迎风面和背风面脉动风压系数要比侧风面小很多;相距较近的建筑物并列布置时,会形成峡谷效应,风压分布以施扰建筑物高度为分化点,超过这一高度风压发生分离.所得结论可为相应的工程提供参考.     

复杂体型高层建筑风压分布及干扰效应研究

本文以厦门市某复杂体型高层建筑为研究对象,通过风洞试验并结合CFD数值模拟的方法,研究该单体建筑在有无周边环境干扰下的风压分布特征.结果表明:无周边环境干扰时,迎风面平均风压为正值,其余各面为负值,迎、背风面的脉动风压系数值较侧面小;有干扰时,干扰建筑对该高层建筑的平均风压及脉动风压影响较大.单体建筑容易受到周边环境的...