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。     

错列布置超高层建筑群的干扰效应研究

对实际超高层建筑群进行群体和单体塔楼两次同步测压风洞试验。通过两次试验测量结果,考察风向及塔楼位置对顺风向、横风向和扭转方向的主体结构承受风荷载以及围护结构的极值风压的影响,并结合风压试验结果及CFD流场计算结果对干扰机理进行说明。研究结果表明,处于中间位置的2号塔楼的扭转干扰放大作用非常显著,较为不利的风向为110°风向,该风向下扭转方向的静力干扰因子达到1.53;沿弱轴Y方向和扭转方向的动力放大因子达到1.32和1.37。     

群体高层建筑风致干扰效应研究进展

在高层建筑抗风设计中,正确地评估邻近建筑对风荷载的影响具有重要的理论和实用价值。从干扰机理、基底荷载干扰以及风压干扰3个方面总结与评述了国内外风致干扰效应的研究进展,列举了各国风荷载规范对干扰效应的条文规定;结合作者所在研究团队近十多年来进行的群体高层建筑的研究成果,对GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》的风致干扰条文进行了补充说明,重点介绍了群体建筑气动干扰的量化方法,并强调了干扰效应的适用条件为折算风速不大于7;根据前期研究存在的问题和实际工程需求,建议进一步开展对群体建筑干扰机理、结构顶部峰值加速度、扭转干扰响应以及不同方向荷载相关性等方面的系统性研究。     

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。     

错列超高层建筑群风荷载静力干扰效应的试验与数值模拟研究

对实际超高层建筑群进行了群体和单体塔楼两次同步测压风洞试验,通过两次试验测量结果,考察风向及塔楼位置对顺、横风向和扭转方向的主体结构承受平均风荷载的影响。同时,进行了CFD数值模拟研究。通过试验结果与数值模拟结果的对比分析,验证了数值模拟的可靠性,结合风压试验结果及CFD计算结果对建筑群干扰效应进行了分析和干扰机理说明。研究结果表明,对于建筑基底力而言数值模拟计算结果偏小,但是无量纲静力干扰因子数值计算和试验结果符合得很好,数值模拟计算可以用于风荷载干扰效应的定性分析。处于中间位置的2号塔楼风荷载静力干扰效应明显,干扰放大作用显著。     

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。     

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。     

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。     

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.     

强风作用下楔形外形超高层建筑横风效应试验研究

对正方形平面沿高度方向逐渐收缩的楔形外形超高层建筑进行同步测压试验,分析不同高度横风向气动荷载功率谱密度、相干特征、结构基底气动弯矩和相应的风振响应,在此基础上进一步考虑切角对结构气动荷载和响应的影响。研究结果表明：采用锥形外形可有效地消减作用于结构上的横风向气动荷载,并在一定条件下消减结构的风振响应;楔形外形可以抑制漩涡脱落的强度,但不能消除结构的漩涡脱落现象,且会升高结构的漩涡脱落频率并进而升高结构的风致响应;在楔形外形的基础上再进行切角处理可以基本消除结构的横风向漩涡脱落现象;经切角处理后,楔形外形结构的横风向风致峰值基底弯矩在结构1阶模态自振周期6.12~14.28 s范围内基本保持不变;对于锥度η为2.2%和 4.4%的高层建筑,切角处理后其100年重现期的峰值基底弯矩分别比未切角减少31.13%和14.58%。     

周边建筑对低矮建筑平屋面风荷载的干扰因子

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应。通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行测量,分析周边建筑的建筑面积密度、相对高度及排列方式对被包围建筑平屋面上的最大局部负风压及最大屋面升力的干扰因子的影响。试验结果显示,最大局部负风压的干扰因子除少数周边建筑面积密度很低或相对高度较矮时大于1.0外,多数情况下都小于1.0;所有存在周边建筑的试验工况中最大屋面升力的干扰因子总是小于1.0;两个干扰因子都随周边建筑面积密度的增大而减小;当周边建筑的相对高度小于1.0时,两个干扰因子都随周边建筑相对高度的增大而减小,但当周边建筑的相对高度大于1.0时,两个干扰因子对周边建筑相对高度的变化不敏感。基于上述试验结果,将两个干扰因子拟合成周边建筑面积密度及相对高度的函数形式,为低矮建筑的设计提供依据,为建筑结构荷载规范的修订提供参考。     

An experimental study on the wind pressure distribution of tapered super high‐rise buildings

Studies on the effect of different shape strategies on wind‐induced responses of super tall buildings have been extensive. However, little systematic research on the influence of aerodynamic shapes on wind pressure distributions of super high‐rise building having a height more than 500 m is reported in the literature. In this paper, a series of wind tunnel tests are conducted on models simulating tapered buildings taller than 500 m with an aspect ratio of 9:1 by applying synchronous pressure measurement technology to investigate the influence of different shape strategies on the wind force coefficients of the cross section (C_s) and on the peak negative pressure distributions on surfaces. The shape strategies considered include tapering of the cross section of a building along its height, chamfered modification, and opening ventilation slots. It is found that the wind force coefficient C_s increase with an increase of the tapering ratio. It is shown that chamfered modification can effectively reduce most of the wind force coefficients C_s to less than 0.9. As for peak wind pressures, a zone having a higher negative pressure is found to locate at the bottom of the side faces of the model. With an increase of the tapering ratio, the peak negative pressure of side faces of the model slightly decreases. Chamfered modification can significantly increase the peak negative pressure at the chamfered location. Furthermore, it is demonstrated that opening ventilation slots had less effect on C_s, but the peak negative pressure can significantly increase at the area of opening ventilation slots and adjacent areas.     

单个周边建筑对工业厂房屋面平均风压的气动干扰效应

工业厂房通常处于工业厂区内,受周边建筑的干扰,其表面风压分布与单个独立厂房不同,相邻建筑会对风荷载产生影响。基于单个厂房与两个串列厂房刚性模型风洞试验,给出了不同工况下屋面的平均风压,分析了屋盖横向、纵向端部与中部测点的平均风压分布规律,对比了不同串列距离条件下受扰厂房与独立厂房屋盖表面平均风压分布,探讨了平均风压系数干扰因子随风向角及干扰距离的变化规律。试验结果表明：不同风向角时,干扰效应截然不同;干扰效应存在临界风向角。临界风向角一般保持在 30°~50°范围内,小于临界风向角时,干扰起放大效应;大于临界风向角时,干扰为遮挡效应。此外,运用最小二乘法拟合了干扰因子设计值实用计算式,为受扰厂房建筑屋盖表面风压的修正提供依据。     

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。     

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     

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。     

局部受损低矮房屋平均风压特性试验研究

通过风洞试验对村镇地区常见的带有硬山搁檩的双坡屋面风压规律进行研究,讨论了房屋在完全封闭、门窗洞口打开以及屋面开洞三种情况下的屋面外部、内部平均风压系数在不同方向角下的分布特性。试验结果表明:硬山搁檩双坡屋面在风向角为50°,60°时,外屋面角部易破坏;屋檐下部的风压系数随屋面坡度的改变而改变;门窗开洞时内屋面风压会加大屋面荷载;屋面开洞对降低屋面风荷载起到有利作用。     

相邻低层四坡屋面房屋在风荷载下的相互干扰作用

采用数值模拟方法,结合风洞模型试验对两栋低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现k-ε湍流模型,采用了具有良好拓扑性能的非结构四面体网格,FLUENT软件实现了流场的数值求解.在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,结论可直接供工程设计参考.     

地貌对高层建筑(群)风效应影响数值分析

高层建筑(群)风效应与地貌条件相关,分析掌握其内在关系是建筑布局规划和抗风设计的重要前提。基于雷诺时均模拟方法(RANS),引入具有分离流预测优势的SST k-ω湍流模型,以某高层建筑单体及群体风场为对象,模拟4类地貌条件下的风效应场,侧重分析人行高度(2m)风速场以及建筑立面的风压分布特性。分析结果表明,地貌除对人行高度的风速场影响明显外,对高层建筑表面风压系数影响也较为可观,实际工程应适当考虑地貌效应。