复杂体型高层建筑幕墙的风荷载研究

基于广州某复杂体型高层建筑的风洞试验,分析了幕墙风荷载的平均风压与脉动风压的分布特性及影响平均风压与脉动风压相关性的因素,并按峰值因子统计方法结合风洞试验动态风荷裁时程数据,计算了用于玻璃幕墙设计的极值风压,讨论其适用性和规律性,所得结论对高层建筑幕墙抗风设计有一定的参考价值。     

非对称连体双塔高层建筑的风荷载分布特征风洞试验研究

以某近距离非对称连体双塔高层建筑为研究对象,基于刚性模型表面测压风洞试验,得到两个单塔楼的平均风压系数分布,并计算得到双塔楼局部、整体体型系数和平均整体体型系数,以此为基础研究了双塔楼结构的风荷载分布及其相互之间的干扰效应。结果表明:由于相邻塔楼和连体结构的干扰,塔楼局部迎风面出现负压,背风面出现正压;干扰效应对X向风荷载影响更为明显,双塔楼平均整体体型系数未超出规范要求,按规范设计偏于安全;中间连体由于"狭缝效应"Y向体型系数比较大,应加强风荷载设计。     

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。     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。     

强风作用下温州滨海平坦地貌低矮房屋风压特性实测研究

为研究典型地貌上低矮房屋强风作用下的风荷载特性,课题组基于温州滨海建立的实验基地,获得了台风"菲特"(2013年)登陆时的风场及实验房风压实测数据。实测数据分析结果表明:实测表面各测点的瞬时风压相关性较强,脉动性较大;风从角部吹过时,墙面风压分布特征较为明显,屋面风压大小分布较为复杂;屋檐、迎风角部以及某些屋脊局部的风荷载非常大;墙面迎风面平均风压系数均值较大;背风面平均风压系数均值较小。屋面平均风压系数分布较为复杂,一些点负值非常大,少数点出现正值。墙面迎风角部测点和屋面迎风向屋檐处的脉动风压系数较大;背风面测点的脉动风压系数非常小。对于高度小于10 m的房屋,按照实际高度进行风压系数计算对抗风设计更加有利。     

装饰条干扰下超高层建筑表面风压系数及风荷载体型系数研究

为解决因幕墙装饰条对超高层建筑外表面风压分布造成干扰使其分布不均衡导致的装饰条掉落问题,基于Davenport脉动风速功率谱及拟合函数、LES湍流模型和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)的推荐计算公式,利用计算流体动力学方法对装配不同型号装饰条的超高层建筑进行三维风场流体模拟。研究了超高层建筑及装饰条自身表面的风压分布特征和装饰条风荷载体型系数随其横截面体型特征及布置间距变化的规律。结果表明：超高层建筑外表面平直区域风压极值增高,拐角过渡区域风压极值降低,配置装饰条能够改善建筑表面拐角区域风压突变现象;当装饰条横截面为矩形时,其正侧表面的风荷载体型系数随截面高度增大而增大,横截面为梯形时,其侧表面的风荷载体型系数随下底的减小而减小,风荷载体型系数随装饰条间距变化的趋势不明显。     

某大型会展中心风洞试验分析

通过对济南西城会展中心进行风洞试验分析,分别得到了大跨度及高层建筑的风压变化规律。风荷载作用下的连续型大跨屋盖部分的边缘区域由于风的分离效应导致风压系数较大,屋盖中间区域体型系数较小,故对屋面维护结构进行抗风设计时,应对屋盖进行合理的分区,不同区域采用不同的抗风措施;风荷载作用下的高层建筑,由于建筑外侧玻璃幕墙较多,局部风压系数很大,故在玻璃幕墙设计中应予以加强。     

大跨悬挑平屋盖结构风荷载特性的试验研究

对一大跨悬挑平屋盖模型进行了比较细致的风洞试验研究,分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性,研究了均匀和B类两种不同流场对其风荷载分布特性的影响。结果显示结构在均匀流场和紊流的剪切流场所测得的平均和脉动风荷载特性均有显著的差别,文中进一步测量并讨论分析了屋盖上典型测点脉动风压的功率谱密度(PSD)以及空间不同位置之间的相干特性。最后针对此类形状屋面的特点和风压分布特性,提出了一种气动抗风措施,试验结果显示它可以有效削减屋盖风敏感处的风荷载值。     

车辐式预应力索桁架结构的风振响应研究

通过对一车辐式预应力索桁架采光顶结构的风洞试验结果进行分析,探讨了平均风压和脉动风压的分布规律及频谱特性;比较了仅考虑上表面风荷载作用和同时考虑上下表面风荷载作用对结构的影响,结果显示前一种情况对结构更为不利。在此基础上,进一步对结构的风致动力特性展开研究,总结风振响应规律,提出相应的抗风设计建议。     

舟山市体育中心体育场看台钢挑棚抗风试验与分析

对舟山市体育中心体育场看台挑棚进行了风洞试验,获得挑棚上、下表面的风载体型系数。试验结果表明,在不同风向角作用下,挑棚承受的风荷载作用合力方向会发生变化;看台会显著改变挑棚下表面风载体型系数分布,结构抗风设计时须考虑看台的影响。直接采用风洞试验得到的脉动风压对挑棚结构进行了风致动力响应分析,获得风振系数,为结构抗风设计提供依据。分析了挑棚结构在风荷载作用下的受力及变形,研究了抗风支座的构造措施,保证结构的安全可靠。     

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。     

北大体育馆屋盖结构风荷载分布特性的试验研究

风荷载是控制大跨度钢屋盖结构设计的主要荷载之一。结合北京大学体育馆屋盖结构的风洞模拟试验,以屋盖上的平均风荷载和脉动风荷载为研究对象,对屋盖上的风荷载分布特性进行了详尽的分析。结果认为:整个屋盖所受风荷载主要以负压为主,屋盖悬挑部分在迎风时产生“上吸下顶”的叠加作用,其他风向为“上吸下吸”的抵消作用;屋盖角部的风荷载一般也很大,在结构设计时应采取必要的构造措施;脉动风荷载对于总的设计风荷载来说不能忽略,准定常理论不适合用来计算大跨度屋盖的风振响应。     

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.     

高层建筑等效静态风荷载的确定

风荷载是强风区高层建筑的主要侧向控制荷载,确定脉动风荷载是高层建筑结构设计的需要。借助于高频动态天平试验和风压测量试验,分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考。     

广州合景大厦所受风荷载的特点

合景大厦体型复杂，在数值模拟与风洞试验结果比较的基础上，主要用数值风洞模拟方法研究了该大厦所受风荷载的特点。通过多种方案的计算分析发现：大厦屋顶大面积悬臂结构对总体风荷栽影响较大，但开口后可适当减小悬臂结构上的平均风荷栽，也可大大减少其脉动风压；弧形墙侧边悬臂结构对整体风荷栽的影响小，但应重视其局部风压的取值；大厦弧形表面可有利于减小迎风面的最大平均风压，而周围环境对舍景大厦风荷载的影响很大。     

不同圆角率下矩形高层建筑风荷载特性

通过刚性模型风洞测压试验,对4种不同圆角率（即圆角半径与模型短边迎风宽度之比分别为0、5%、10%和20%）的矩形截面高层建筑表面风荷载特性进行研究。对比了不同圆角率下建筑表面的风压分布与相关特性：圆角处理使得建筑迎风面边缘倒圆角处出现较大平均风压、极值风吸力和脉动风压;在侧风面上,平均与脉动风压梯度变化范围随圆角率的增大而逐渐减小,且横向相关性明显增强。分析了建筑顺风向与横风向的整体风力,圆角处理通过促进再附着从而减小尾流宽度,可降低高层建筑的顺风向阻力和倾覆弯矩,降幅随着圆角半径的增大而提升,同时,横风向升力和倾覆弯矩也将有所下降。     

典型超高层建筑风荷载幅值特性研究

本文对10个典型的超高层建筑刚性模型进行了测量表面风压的风洞试验,获得了各测量层的阻力、升力和扭矩系数的平均值和根方差。讨论了各测量层风荷载系数随风向角的变化规律,以及高宽比和断面长宽比对方形及矩形建筑风荷载的影响。结果表明,倒角方形、Y形和三角形建筑的风荷载均小于方形与矩形建筑;方形建筑高宽比的增大导致升力系数的根方差明显增大;矩形建筑断面长宽比的增大则使阻力系数的平均值、根方差减少,而升力系数的根方差增大;D类和B类风场中的平均气动力系数相近,而D类风场中脉动气动力系数的根方差大于B类风场。     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验研究

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,通过分析典型测点方法详尽研究了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的风荷载,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于采用统计方法算得的风荷载,在大跨屋盖设计中应分区域选用两者中较大值作为风荷载设计标准值。     

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。     

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。