锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

新型超高层结构体系的抗风设计研究

在大气边界层风洞进行了“珠江城”商务写字楼大比例尺（1：150）模型风洞实验,通过对风洞实验数据分析,获得了基础等效静风荷载及结构顶部风致加速度响应,并将其结果与其他较小比例尺的两个风洞实验结果相对比,分析了模型几何缩尺比、周边建筑及平均风剖面对实验结果的影响。     

被上游建筑遮挡的下游建筑表面风压CFD模拟的可靠性研究

研究城市通风或建筑风环境的主要目的是探索建筑之间和建筑内外的气流运动及污染物扩散规律,主要手段有风洞实验和计算流体动力学（CFD）模拟,后者相对前者的优点是易操作且成本低,但由于流体运动的高度不确定性,其结果的准确性存疑。在城市中,建筑之间的互相遮挡是主要特征之一,提取其中最基本单元,把两个建筑之间的遮挡问题分为上游建筑有孔（如穿堂风）与无孔两种情况,运用CFD中的雷诺平均模型（RANS）模拟下游建筑表面的风压,并与风洞实验进行严格对比,以讨论CFD方法在这一基本单元问题中的可靠性。网格敏感性分析显示,建筑表面最小网格为建筑高度的2%时,可获得可靠的结果。5种常用RANS模型的结果与风洞实验严格对比表明：RANS模型对模拟上游有孔遮挡的可靠性明显高于模拟无孔遮挡;RANS模型对于建筑上部的风压模拟结果普遍好于建筑下部;其中,SST k-ω模型准确性最高,在上游有孔时,平均误差11%,上游无孔遮挡时,则为16%。     

弧形超高层建筑的抗风设计研究

进行了弧形超高层建筑的模型风洞试验,获得了风荷载体型系数、基础等效静风荷载及结构顶部风致加速度响应,并将其与规范相关值进行了对比,所得结果为其他建筑的抗风设计和风洞试验提供技术参考。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

住宅小区风环境数值模拟

建立了某典型住宅小区风环境的物理和数学模型,并应用计算流体动力学方法求解了三种来流角度下的稳态三维湍流流场,给出了速度、压力、湍流度参数的分布;分析了街区涡流、巷道风及活塞风等效应,研究了风压作用下建筑群的迎风及背压区,讨论了湍流入流边界对合理湍流分布的作用;比较了不同来流角度下五个观测点位置的风环境参数。     

高层建筑的等效设计风荷载与风振响应研究

基于某典型高层建筑详细的风洞试验结果,计算分析了该结构的基础等效静风荷载及结构顶部峰值加速度响应,与前期的风洞试验结果相对比,评估了不同风洞试验条件和周边建筑对试验结果的影响,获得的结果可以用于此结构的抗风设计以及居住者舒适度评估。     

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。     

中信广场风场特性与结构响应实测研究

利用超声风速仪和加速度传感器现场实测了中信广场在台风"达维"的作用过程中的风场特性、建筑物表面风压以及加速度响应时程,分析了平均风速、平均风向的变化历程,以及纵向、横向和竖向风速谱特性和加速度响应谱特性。结果表明,中信广场顶部的风速谱与von Karman谱较为接近,通过现场实测的加速度响应谱得到中信广场的固有频率比有限元模型的计算结果大32%,分析认为由于非结构构件参与工作,增加了结构刚度以及结构没有满负荷工作,结构的实际质量小于有限元分析中的计算质量。     

基于流体力学理论的风场数值模拟

利用流体力学理论对自然风进行描述,对风场进行数值模拟.运用基于特征线理论的分离变量算法(Char-acteristic-Based Split,CBS)求解流体域,推导了CBS算法的有限元方程.并利用自主开发的AADS中的流体计算模块对稳态风场进行数值模拟,给出了建筑物表面的风压分布规律,为进一步研究提供基础.     

膜结构风振响应中的流固耦合效应研究进展

对膜结构风振响应中的流固耦合效应进行了探讨,介绍了解决该问题的两种思路:简化气弹模型方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法。简化气弹模型方法是先将流固耦合效应用附加质量和气动阻尼的形式来表达,再通过某些近似解析理论和气弹模型风洞试验来确定附加质量和气动阻尼的大小。计算流体力学数值模拟方法则是将计算流体力学技术和计算结构力学技术整合在一个有限元程序中,通过数值模拟得到结构流固耦合响应的全过程信息。基于这两种方法,开展了相应的理论推导、风洞试验和数值模拟工作,获得了关于风与膜结构相互作用机理的一些初步认识。最后提出了一种具有操作性的简化数值分析方法并给出了算例。研究结果表明:流固耦合效应对结构风振响应的影响在多数情况下是有利的,即考虑流固耦合效应的风振响应分析结果要比不考虑流固耦合时小30%左右,但也不排除在某些特殊情况下因出现气弹失稳而导致结构异常破坏的可能性。     

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.     

广州西塔风效应研究

广州西塔高432m,是目前华南地区的最高建筑,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用同步多压力扫描系统(SM-PSS)对其进行多点同步瞬态测压试验,并结合完全二次型组合(CQC)方法和扩展的荷载响应相关(ELRC)方法对其进行风振响应分析和等效静风荷载(ESWL)计算。分析了不同风剖面取值方式、结构模态阻尼比、峰值因子等参数对西塔风致响应的影响,同时也分析了待建的东塔对西塔的干扰效应。结果显示:采用不同风速分布模型计算得到的风荷载可能会产生38%的差异;由于横风向效应,结构在控制性风向的风致响应、荷载和结构模态阻尼比的均方根成反比;待建东塔的干扰影响会使西塔的100年重现期基底弯矩、50年重现期结构位移和10年重现期峰值加速度分别增加9%,37%和75%。     

超高层建筑的风荷载及风能发电应用研究

珠江城商务写字楼高309.6m,在大楼中上部安装有4个风能发电机进行风能发电,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。对该建筑进行了大比例尺(1∶150)模型的风洞试验,根据试验结果计算了该结构的基底等效风荷载,分析了吸风口附近和各立面风压分布的特点、吸风口内风速放大的特点以及高层建筑中应用风能发电的可行性,并将基底等效风荷载与小比例尺模型的风洞试验结果进行了对比。结果表明:根据不同比例尺模型的风洞试验结果计算的基底等效风荷载会有所不同;在超高层建筑中开设吸风口应用风能发电,对减少结构总体风荷载是有益的,但风机运行时,吸风口内测点极小值风压比无风机时最大增加65%。在超高层建筑中应用风能发电是一种开创性的策略,在超高层建筑中可获得比10m高度处大29.5倍的风能,但要充分利用高层建筑进行风能发电需进行深入研究。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。     

洞口设置对高层建筑静力风荷载的影响研究

本文对涉及两种开洞率、三种不同开洞位置和全封闭(无洞口)的八个高层建筑刚性模型的表面平均风压分布进行了风洞试验研究,并与计算流体动力学(CFD)大型商业软件Fluent6.0的计算结果进行了对比分析。结果表明,开洞建筑平均风压的减少主要是受荷面积减少引起的,但其减少的比率大于开洞率。此外,借助Fluent6.0对不同开洞率情况下的建筑模型进行了大量算例分析,得到了中部开洞建筑模型的平均风压系数相对值和基底弯矩系数相对值与开洞率之间的相关方程;探讨了底部开洞建筑模型洞内平均风速的增大效应与洞口大小、来流方向之间的关系。分析表明,在最不利来流风向角情况下,洞中最大平均风速可超过建筑模型顶部的远处来流风速,应引起建筑风环境设计者的关注。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究

为研究超高层建筑表面的风压特性,基于对厦门沿海某超高层建筑表面风压开展的现场实测和风洞模型试验,探讨了台风“鲇鱼”作用下超高层建筑表面的风压特性及其分布规律。研究结果表明：通过风洞试验和现场实测所揭示出的超高层建筑表面风压特性（平均风压系数、峰值风压系数）及其随风向角的变化规律基本一致;平均风压系数的现场实测与风洞试验结果在迎风面吻合较好,而背风面现场实测值明显较风洞试验结果小;峰值风压系数的现场实测与风洞试验结果除个别测点外相差较大。     

数值模拟在重庆大剧院刚性模型风洞试验中的应用

采用数值模拟方法对重庆大剧院在近地风作用下的表面风压进行了计算.通过数值模拟实现测压孔的优化布置.同时利用数值方法辅助模型风洞试验,在边界层风洞中对大剧院的表面风压进行了测定.将计算得到的风压系数值与风洞试验值作了比较,结果表明,数值模拟较好地反映了重庆大剧院表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合,而数值模拟的结果可以更加直观全面.     

某超高层建筑风洞测压试验

依据某超高层建筑,着重介绍了风洞试验的方法,描述了在考虑有、无环境建筑影响下,该高层建筑一些典型的表面风压特性以及一些测点风压随风向角的变化规律。结果表明:迎风面中上部风压系数较大,接近1.0;底部部分风压系数达到1.0;侧风面和背风面风压系数大多为负值,特别是靠近角落处由于涡旋脱落,其值可达到-2。环境建筑对该高层建筑表面风压的影响较大,特别在建筑中下部。为其进行结构设计提出一些参考。