考虑风重耦合效应的超高层建筑横风向随机风振响应

超高层建筑结构侧向刚度较小,风荷载作用下结构水平位移较大,重力作用则进一步加大水平位移,该现象称为风重耦合效应。横向风荷载由于作用机理的复杂性,其风重耦合效应问题关系到结构安全性。建立计入重力影响的结构动力方程,利用等效线性法,可求解横风向激励下的随机风振响应。结果表明:重力刚度比是一个决定性因素,当平均风速较小时,结构位移响应随着该参数值增长而增长;而当平均风速加大时,结构位移响应随着其增长先增大后下降。对于矩形截面的超高层建筑,当深宽比小于2时,横向风荷载与重力耦合效应先随深宽比减小而后增大。横风向的风重耦合效应作为一个重要因素必须在超高层建筑结构设计中加以考虑。     

正六边形超高层建筑横风向气弹效应研究

为研究正六边形超高层建筑横风向风致响应和气动阻尼比,开展了一系列多自由度气弹模型风洞试验。测量模型顶部风致位移和加速度响应,基于随机减量法识别了横风向气动阻尼比。结果表明,在顶角迎风时,正六边形超高层建筑易于出现大幅涡振现象,在立面迎风时没有出现涡振现象。顶角迎风时,横风向气动阻尼比随折算风速增大呈现出“先增大到最大正值、再迅速转为最小负值,再平稳回升到零值附近”完整过程。而立面迎风时,横风向气动阻尼比与折算风速近似呈线性关系。最后,建立横风向气动阻尼比的经验评估公式。相关研究可为正六边形超高层建筑的抗风设计和规范完善提供参考。     

矩形超高层建筑归一化横风向脉动风荷载谱模型

为研究超高层建筑横风向脉动风荷载谱特性，在B、D两类紊流风场中开展了不同长宽比矩形刚性模型测压试验。结果表明：横风向脉动风荷载特性主要受紊流风场、气动外形和旋涡脱落等因素影响，矩形柱截面的长宽比变化将影响功率谱幅值及能量分布。当矩形柱截面长宽比小于3时，横风向脉动风荷载谱特性主要受旋涡脱落控制，但当长宽比超过3后，矩形柱侧面分离再附流动的影响逐渐加强，具体表现在：功率谱峰值减小、带宽增大及高频区出现较小谱峰。根据风洞试验结果和矩形柱横风向脉动风荷载谱特性，提出了归一化横风向脉动风荷载谱模型，该经验公式物理意义明确、形式简洁，有一定的工程参考意义。     

基于时域的超高层建筑横风向风振模拟及分析

对于某些超高层建筑,其横风向风振响应甚至超过顺风向而成为结构设计的控制性因素。为研究横风向风振响应的时程特性及变化规律,基于横风向脉动力谱,考虑风力的竖向相干性,通过谐波合成法模拟横风力时程,在时域内求解分析某超高层钢筋混凝土建筑横风向的风振响应。分析时考虑地貌、来流风速以及结构基频的变化,探讨各因素对风振响应的影响规律,为超高层建筑的抗风设计提供参考依据。     

超高层建筑横风向风振响应计算的响应谱法

根据超高层建筑横风向风振响应的特点,提出了超高层建筑横风向风振计算的响应谱法,相对于传统计算方法,响应谱法具有以下特点:(1)响应谱法基于横风向风荷载沿建筑高度分布的特征及随机振动理论分析计算结构响应,该方法直接对分析结果进行数据拟合,相比于传统方法只拟合建筑风荷载基底合力均方值及功率谱密度函数的特点,该方法减少了计算中间过程,减小了计算误差。(2)采用响应谱方法计算结构响应时,可以考虑多阶振型的贡献。(3)响应因子本质上是反映结构振动对准静态风荷载放大作用的响应谱,在应用上与地震作用计算方法类似,便于工程人员理解和应用。由于公式简单、易于理解,响应谱法具有较好的操作性,可为超高层建筑横风向抗风设计提供参考。     

高耸塔架横风向动力风效应

在现行的荷载规范、高耸结构设计规范以及能源部颁发的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（ＳＤＧＪ９４－９０）中,对格构式塔架的横风向风振力均未作考虑。作者通过对气动弹性模型风洞试验和国外现场实测资料的分析,论证格构式塔架具有几乎与顺风向等同的横风向风振力,以期在设计中引起足够的重视,并且根据试验结果提出了横风向风振力的简化计算公式。     

超高层建筑横风向驰振稳定性风洞试验研究

基于高频天平测力风洞试验技术,在6种模拟湍流边界层风场中对12个不同长细比及厚宽比的矩形截面超高层建筑模型的气动力进行了测量,计算得到了各试验工况下的横风向气动力系数的导数,并分析了长细比、厚宽比及来流风场湍流强度对其的影响,同时给出了相应的拟合公式。在此基础上,进一步分析了超高层建筑横风向准定常气动阻尼比及驰振临界风速的变化规律。试验结果和分析结论可为超高层建筑的抗风设计提供参考。     

不同风向作用下的建筑群风环境研究

高层高密建筑群是现代城市发展的典型特征之一,其内部形成的独特微环境(尤其是行人高度)直接影响居民的生活质量,因此评价行人高度的风舒适性以及分析风环境形成原因是建筑群风环境的重要研究内容。对同济大学彰武路校区宿舍群行人高度的风环境进行了实测和基于标准K-ε湍流模型的数值模拟,并依据风舒适理论对建筑群风环境进行了分析。研究表明,当建筑群总体朝向与来流方向一致时能实现高质量的建筑群风环境,但街谷文丘里效应使建筑群局部环境的风舒适性难以保证。     

干扰风作用下超高层建筑风谱特性研究

以CAARC标模为研究对象,通过采用刚性模型同步测压试验和高频覆面积分计算方法(HFPI),展开单一施扰情况下施扰建筑高度、位置对受扰建筑静力和动力风荷载特性的影响研究。研究结果表明:当施扰建筑处于受扰建筑上游正前方时,表现出遮挡效应;当施扰建筑处于侧向时,静力干扰系数均在1.0~1.1之间;施扰建筑对顺风向基底弯矩谱的影响较小,对横风向基底弯矩谱起到一定程度的削弱作用,且随着施扰高度增加,削弱程度会增加。     

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。     

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%。     

烟囱效应对超高层建筑的影响与对策研究

本文利用多区域网络法,应用CONTAMW软件对严寒和寒冷气候分区典型城市(哈尔滨和北京)的不同高度建筑由于热压形成的烟囱效应进行了理论分析,得出了压差随建筑高度的变化曲线。进而对压差最大层(首层)增加隔断措施进行分析,得出增加隔断对压差的改善效果。     

抗灾基站单管塔的横风向风振分析

基于结构横风向共振相应理论,结合抗灾基站单管塔实例,说明了通信单管塔中高阶振型横风向共振的可能性与计算分析的必要性。     

周边建筑干扰下超高层建筑的风荷载幅值特征

以上海陆家嘴地区的环球金融中心为研究对象,根据刚性模型测压风洞试验结果,研究在周边建筑干扰下,超高层建筑的表面风压系数和各层风力系数的幅值特征。研究发现:当密集建筑群位于环球金融中心上游时,会使其下部被遮挡面的正压力均值减小,甚至可能变成负压力,而对压力根方差的影响比较复杂,有可能使其增大2～3倍,也有可能使其减小;当金茂大厦位于环球金融中心上游时,会使其被遮挡面的正压力均值减小,甚至可能变成负压力(绝对值有可能会增大1倍),也可能使其被遮挡面的压力根方差增大1～2倍;当金茂大厦和周边密集建筑群位于环球金融中心的下游时,风压幅值的干扰效果不太明显;当金茂大厦位于环球金融中心上游时,对其中下部各层风力系数幅值影响较大,而在上游金茂大厦和密集建筑群的共同干扰下,环球金融中心下部的风力系数幅值非常紊乱。研究为超高层建筑在周边建筑干扰下的玻璃幕墙和结构抗风设计等提供参考。     

Y形截面超高层建筑风荷载及风效应的干扰效应研究

通过刚性模型同步测压风洞试验,研究周围建筑对Y形建筑风荷载和风效应的干扰影响,分析了全风向峰值正压系数、峰值负压系数、不同风向角下结构顶部加速度及其干扰因子等参数的变化规律。结果表明：干扰效应对全风向最大峰值负压系数影响程度要大于全风向最大峰值正压系数;干扰效应整体上会减少Y形截面超高层建筑全风向最大峰值正压值,增大全风向最大峰值负压绝对值,不利于工程设计,在实际工程时应引起重视;结构顶部最大峰值加速度受干扰效应影响会有所增加,最大峰值加速度为5.28 cm/s2,满足《高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 3—2010》对结构顶点最大加速度的限值要求。     

超高层建筑风荷载的试验研究

超高层建筑的风致振动是结构设计的主要控制因素之一。但目前对横风向风荷载的研究远不能满足工程应用和规范制定的需要。本文应用高频动态测力天平技术,对常见的１３种典型断面的超高层建筑模型进行了不同风场条件下的风洞试验,研究了其风荷载,特别是横风向风荷载。结果表明,外形和风场对风荷载有很大的影响,而长细比对无量纲风荷载的影响甚微。本文最后给出的一阶横风向广义风力系数谱的拟合公式,可供规范修订参考。     

洪水淹没区上风向抗洪建筑群体布置对其下风向建筑上波浪荷载的影响

介绍了易遭受洪灾的城市（镇）永恒选型原则，对半透空式结构房屋消浪作用的原理进行了分析，并从波浪作用的特点入手，提出了半透空式抗洪建筑成群体布置时削减波浪作用的实用计算方法，以供洪水机遇较高的城市（镇）规划建设参考。     

复杂地形下超高层双塔建筑风荷载特性研究

处于大气边界层中的建筑,由于流体存在着复杂的涡旋以及流动分离,建筑表面的风荷载十分复杂。对于位于城市中心的超高层双塔建筑,地势高差大,其风荷载特性更是复杂。要对这类建筑进行精细化分析,必须详细研究地形及周边建筑对建筑风荷载的影响。本文以刚性模型测压试验为基础,分别研究了超高层双塔建筑的局部风压体型系数、脉动风压系数、层阻力(升力)系数及层阻力(升力)功率谱。并研究了地形、周边建筑对建筑风荷载特性的影响,以及双塔之间风荷载的干扰作用。为复杂地形下超高层双塔建筑风荷载研究提供了参考。     

良态风作用下超高层建筑风压特性现场实测与风洞试验对比研究

在完成武汉国际证券大厦表面风压风洞试验的基础上,进行该超高层建筑在内陆良态风作用下表面风压与顶部风速的现场实测,对比分析两种方法所测得的平均风压系数、均方根风压系数、风压谱、相干函数的差异。结果表明:无量纲化实测风速谱和Karman风速谱比较一致;平均风压系数风洞试验结果和实测结果分布规律基本一致,尤其是迎风面平均风压系数风洞试验结果和实测结果吻合较好;而均方根风压系数实测结果比风洞试验结果明显偏大;风洞试验风速谱较实测风速谱的能量分布偏向于高频段,风洞试验风压谱较实测风压谱能量分布范围更宽、且高频段能量占优;风洞试验各测点相干性整体上大于相应实测测点的相干性,且在高频段差异更为明显。     

横风向与顺风向动态风荷载的风洞试验研究

应用国际通用的CAARC模型进行了多自由度气动弹性模型在模拟风场中响应的试验,分析了结构在不同风速与不同风向角下的顺风向响应与横风向响应变化规律,所得到的结果为高层建筑结构的风振响应理论提供参考.