矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

矩形高层建筑结构横向风振反应的分析计算

本文根据结构随机振动理论,考虑到国外有关规范中根据风洞试验数据提出的横风向脉动风压谱与足尺观测数据有差异的现象[1],根据已经得出的横向湍流脉动风压谱密度函数[2],提出了一个湍流脉动风压作用下结构横风向风振反应的计算方法供参考。采用本文中提出的风振反应计算方法可能不至于漏失结构在非共振风速时较大的风振反应值,从而不至于低估设计基准期内最大风速下的横风向风振加速度反应值。用本文提出的方法针对一个具体的工程实例计算了风振反应值,并与采用国外规范中现行方法的计算结果作了对比。计算结果表明,在出现设计基准期内最大风速时,结构湍流脉动风压诱发的横风向风振可能大于由国外现行规范中公式计算的风振反应值。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形平面高层建筑横风向风振反应时程的计算方法.在计算过程由横风向脉动风压谱系数公式模拟了建筑结构横风向脉动风压过程,采用N ewm ark法计算了两幢建筑物顶部的横风向风振反应.计算结果表明:在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据具有一定的意义.     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形高层建筑横风向风振反应时程的计算方法供参考。采用Newmark法与Wilson-θ法计算了2栋建筑物顶部的横风向风振反应。计算结果表明,在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分;这与谱分析法得出的结论是一致的;从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

有关高层建筑结构风振荷载的比较分析

本文根据作者收集到的有关资料与研究成果,发现国外有关规范中根据风洞试验数据给出的横风向脉动风压谱与原型观测数据有一定的差异,文中通过对作用在结构上脉动风荷载进行对比分析,对横风向风振响应计算方法提出了一些改进意见,从而达到不低估设计基准期内最大风速的横风向风振反应值的效果。由于超高层的横风向振动可能大于顺风向振动,文中建议在风振反应分析中,应同时考虑顺、横两个方向引起的作用力。     

钢结构高层住宅的风振模型与风振特性研究

为探讨高层钢结构风振计算模型的合理性和风振响应特性,对某钢结构高层住宅进行了风洞试验,得到了建筑表面的风荷载时程;建立面向风振分析的弹性楼板精细模型、刚性楼板精细模型和简化层刚片模型,将测得的风荷载时程分别施加于三种模型,按随机振动理论计算得到了各模型在不同风向角下的顺风向、横风向和扭转向风振响应统计值,并与相关规范方法结果进行比较。结果显示:结构的峰值位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应由横风向控制,扭转向加速度接近于顺风向;基于刚性楼板假定的风振分析所带来的偏差并不大,但采用简化层刚片模型及规范方法求得的扭转向位移可能偏不安全。     

矩形塔式高层建筑满足人舒适要求的三维抗风设计

本文探讨了矩形塔式高层建筑满足人舒适要求的三维抗风设计方法。文中,确定了满足人舒适要求抗风设计的风荷载取值;建立了考虑结构顺风向短周期风振加速度、横风向风振加速度和扭转风振加速度的满足人舒适要求三维抗风设计的计算公式及相应数表。应用文中公式的工程实例设计验算表明,本文方法是十分简明和方便的。     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。     

高层建筑风荷载相干性研究

利用高层建筑刚性模型测压风洞试验结果,对顺风向风荷载竖向、水平相干性,迎背风面相干性以及横风向、扭转方向风荷载相干性的主要特征进行研究。利用算例说明了迎背风面相干性以及横-扭风荷载相干函数对于风振响应的影响。从计算结果来看,迎背风面全相干假定将使顺风向风振响应计算结果偏于保守;当结构刚心和质心偏离时,假定横扭风荷载相干性等于零会低估横风向和扭转方向风振响应。     

高层建筑横风向与扭转风振力计算

高层建筑的风荷载应包括顺风向、横风向与扭转风荷载。根据风洞试验资料与随机振动理论,本文探讨并推导了横风向风振力与扭转风振力的计算方法与公式。在计算中分别考虑了风紊流与尾流激励对横风向风荷载与扭转风荷载的贡献。同时给出了方形横截面高层建筑横风向与扭转风振力计算用表。最后,实例计算表明,在工程设计中,高层建筑的横风向与扭转风振力是必须考虑的。     

Effects of grid curtains on the wind loads of a high‐rise building

The effects of grid curtains on the local and overall wind loads of a high‐rise building are investigated in detail according to a series of wind pressure and wind force tests on rigid model in a wind tunnel. The effects of grid curtains on the mean and fluctuating wind pressures on windward and sideward walls when the wind direction is parallel to the geometrical axes are investigated, along with the effects of the most unfavorable wind pressures for all wind directions. Furthermore, the effects of grid curtains on the mean and fluctuating aerodynamic forces on the entire building are also analyzed for various wind directions, along with the effects of grid curtains on the aerodynamic force spectra when the wind direction is parallel to the geometric axes. The test results indicate that grid curtains affect the mean and fluctuating windward pressure slightly but greatly influence the large sideward negative pressures. Grid curtains increase the mean and fluctuating windward aerodynamic forces and reduce the fluctuating aerodynamic torsions. According to the aerodynamic force spectra, grid curtains can mainly affect the wind forces in the low‐frequency range. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

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 effect of a twin‐tower super high‐rise building with weak connection

An analysis and estimation method of multibalance synchronous test is established to study the wind effect of a complex super high‐rise building with weak connection. First, the frequency domain method is applied to deduce the calculation process of the wind effect of the multitower structure on the basis of the high frequency force balance (HFFB) technique. Then, the synchronous force test of HFFB is conducted on a twin‐tower super high‐rise building connected by a bridge. The wind‐induced response and loads and the interference effect between the two towers are analyzed based on the wind tunnel test data. The displacement correlation between the towers and the relative displacement of the multitower structure are investigated. Results show that the maximum and minimum relative displacements in the along‐bridge direction are 0.26 m in the along‐wind direction and ?0.26 m in the crosswind direction, respectively. The channeling effect formed by the surrounding buildings is the main cause of the maximum cross‐bridge displacement. The influence of the correlation between the two towers can be ignored for the along‐bridge relative displacement. The results of the HFFB and high‐frequency pressure integral test agree with each other, thereby indicating the reliability and effectiveness of the proposed method.     

楔形超高层建筑风效应的大涡模拟研究

风荷载往往是超高层建筑结构安全性和舒适性的控制性荷载。本文通过大涡模拟技术并结合作者建议的一种新的湍流入口生成方法(NSRFG方法),对四种不同锥度的楔形建筑模型进行了风效应的数值模拟对比研究,以比较不同锥度对结构风荷载和风振响应的影响,及检验本文数值模拟方法的适用性。数值模拟结果表明,虽然不同锥度的建筑模型平均风压和脉动风压分布规律相似,但在结构响应方面,结构横风向峰值基底弯矩响应随模型锥度增大显著减少,表明采用适当锥度的体形可以有效地减小结构横风向气动荷载。本文数值模拟结果和风洞试验结果整体规律相符,表明结合改进的入流湍流生成技术的大涡模拟具有一定的精度,可以给超高层建筑气动外形优化研究提供有价值的参考。     

大跨度柱面网壳结构风荷载特性风洞试验研究

为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性,在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验,获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性,脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下,特征湍流的影响情况不同,平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别;结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且频谱成分复杂,随着气流向尾流区域发展,无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势,且高频段的衰减速度变缓;测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小,当频率达到30 Hz时,其相干函数值快速衰减,可以近似认为不相关。     

CAARC高层建筑标准模型层风荷载谱数学模型研究

用风洞试验方法在B、D两种地貌下研究了CAARC高层建筑标准模型在不同高度处的顺风向和横风向风荷载的功率谱特性和相干特性。结果显示:不同高度的无因次风荷载功率谱密度具有较好的一致性;在顺风向,不同高度风荷载间的相干特性显示出指数式的衰减规律;在横风向,风荷载在漩涡脱落频率附近有很强的相关性,相干函数值接近于1。根据风荷载沿结构高度变化的特征,进一步采用拟合方法确定了各层风荷载的功率谱密度和层间荷载相干函数的经验公式,建立了层风荷载谱数学模型,并给出了以此为基础计算标准模型风振响应的计算流程。将按照本文模型计算得到的广义力功率谱与高频底座力天平试验的结果作比较,结果吻合较好,证明了本文所提出模型的正确性。     

雷暴冲击风作用下高层建筑风压幅值特性研究

采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风,对4个不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了各模型8个不同径向位置处的风压幅值特性,并与大气边界层风作用下的建筑表面风压系数进行了对比。结果表明：雷暴冲击风作用下,建筑迎风面为正压,侧面和背风面均为负压;迎风面平均和脉动风压受模型深宽比影响较小,侧面和背风面受深宽比影响较大;随着径向距离的增加,迎风面平均风压系数逐渐减小,脉动风压系数先增大后减小,侧面平均风压系数绝对值以及脉动风压系数先增大后减小,背风面平均和脉动风压系数变化较为平缓;各模型迎风面风压系数沿高度呈“鼻子”状分布,最大风压出现在0.25H(H为模型高度);与大气边界层风作用下建筑表面风压幅值相比,雷暴冲击风作用下高层建筑模型的迎风面中下部区域以及侧面前缘部位风压系数较大,考虑雷暴冲击风作用的高层建筑设计时,应对这些区域的风荷载取值进行适当放大。