任意排列双柱体的风致干扰效应

研究了5种不同宽度和5种不同高度比的两个正方形截面柱体间在不同地貌类型下的静力和动力干扰效应。结果显示,不同宽度比的施扰物体的动态干扰效应存在较大的差异,且宽度比受扰物体小的施扰物体在较低折算风速下会诱发涡激共振问题而产生较为严重的动力干扰效应,这个结果也澄清了已有文献的一些错误的结论。回归分析发现不同配置间干扰因子所存在的相关性并得到可以描述不同因素对干扰效应影响的定量关系,这些结果在很大程度上简化了干扰效应研究结果描述的繁杂性,同时使结构在受扰后的风荷载取值更趋于简洁和合理。文中根据对于试验数据的归纳分析结果,提出了一些可供规范修改时参考的建议。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

《建筑结构荷载规范》修订后的超高层建筑平均风荷载比较研究

基于刚性模型测压风洞试验,分别以B类和C类地貌上的两栋超高层建筑为例,对比研究了GB 50009—2001、2012《建筑结构荷载规范》中风荷载条文修改对超高层建筑整体风荷载和围护结构风压的影响。研究表明:对A、B、C和D四类地貌高度为250 m左右的超高层建筑,由《2012规范》给出的平均风荷载和极值风压,分别比《2001规范》减小了6. 9%、6. 3%、11. 7%和17. 6%。对A、C和D三类地貌,《2012规范》的调整是减小了风压高度变化系数;但对B类地貌,《2012规范》既减小了风压高度变化系数,也减小了体型系数,且它们减小程度均与离地高度有关。因此,《2012规范》在适当降低了标准场地类别的平均风荷载的同时,也适度降低了另外三类场地的平均风荷载。     

基于风洞试验的双塔楼超高层建筑风荷载与风致响应

当超高层建筑的高度和间距都比较接近的时候,相互的干扰效应对结构的表面风荷载与结构的风致响应都会产生较大影响。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了双塔楼超高层建筑表面各测点的风压时程。在此基础上,通过数据处理,得到结构的三维动力风荷载模型,进而分别采用频域法进行结构动力响应分析。最后,通过分析结构表面风荷载与风致响应,研究了塔楼之间的干扰对结构风荷载的影响以及对结构风致响应的影响,结果表明:当双塔连线与来流方向平行时,三维风荷载和风致响应都会明显增大,干扰效应影响十分明显。     

某双塔楼超高层建筑平均风荷载及干扰效应数值模拟研究

采用Realizable k-ε湍流模型对某方形截面双塔楼超高层建筑平均风荷载进行了CFD数值模拟,并对其干扰效应进行了分析。首先,通过将CAARC高层建筑标准模型数值模拟结果与文献结果的对比,验证了本文数值模拟方法及参数的有效性。然后,进行了单体和双塔楼超高层建筑定常绕流数值模拟计算,分析了不同风向角情况下结构表面平均风压和基底气动力的特点,研究了两塔楼间的干扰效应,还通过流场显示对其柳理进行了分析。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于极值相关性的超高层建筑风荷载组合研究

为研究不同长宽比超高层建筑三维风荷载组合,通过高频测力天平风洞试验得到了5种长宽比的矩形超高层建筑基底剪力、弯矩和扭矩时程。基于试验数据和计算结果,分析了三维风荷载效应的分布及其极值相关性。在此基础上,对比分析了不同长宽比的超高层建筑顺风向与横风向、顺风向与扭转向以及横风向与扭转向之间的风荷载效应极值分布规律和统计参数。最后,采用概率统计方法评估了不同长宽比对结构三维风荷载组合系数的影响,并给出了一组基于极值相关性分析的结构三维风荷载组合系数推荐值。结果表明:对于超高层建筑,虽然不同方向风荷载效应之间相关系数可能很低,但其三维风荷载效应极值相关性不可忽略;以横风向或扭转向为主方向进行组合时,其余方向同步比值存在明显的非高斯分布特性;对于不同长宽比超高层建筑,其极值相关性的差异会导致组合系数存在差别,在确定风荷载组合方法时,应考虑长宽比的影响。     

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"。     

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。