均匀风场中矩形单体高层建筑风致响应的阻塞效应

在闭口回流式风洞TJ-2中分别对阻塞度为4.1%,6.1%,8.4%,10.1%的单体高层建筑刚性模型进行了测压试验,根据风洞试验结果,选取3种典型结构进行响应计算,以研究阻塞效应对不同结构风致响应的影响。对结构顶部位移和加速度、基底剪力、等效静力风荷载进行了细致分析。结果表明:各结构顺风向顶部位移和基底剪力平均值的阻塞效应较为接近,但顺风向、横风向顶部位移、加速度和基底剪力均方根的阻塞效应较为显著,且差别较大。随着阻塞度的增大,结构质量越轻、刚度越柔,横风向顶部位移、加速度和基底剪力的均方根的阻塞效应均有所降低。各结构顺风向等效静力风荷载峰值在顶部和底部处的阻塞效应较为明显。结构质量越轻,刚度越柔,建筑顶部附近的顺风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应增强,而横风向等效静力风荷载峰值的阻塞效应减弱。     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

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。     

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。     

基于风洞试验的高层建筑钢结构风致加速度研究

对钢结构高层建筑群中的典型狭长形建筑进行了表面风压的风洞模型试验,分别考虑了建筑为单体和群体的情况。利用试验获得的风荷载时程对该高层结构进行风振响应的动力时程分析,并着重对得到的与风致舒适度关联的加速度响应进行分析和讨论,对比群体效应对顺风向、横风向和扭转向峰值加速度的不同影响。结果表明,对于平面为狭长形的住宅钢结构高层建筑,扭转效应引起的风致峰值加速度不容忽略;而群体效应一般对结构的加速度呈增大趋势,而且对横风向及扭转向的增大程度通常大于对顺风向的程度。     

基于风洞试验超高层多塔连体建筑风致响应及等效静风荷载研究

针对复杂体型和有气动干扰下超高层多塔连体建筑的风致响应和等效风荷载问题,以某超高层三塔连体建筑为工程背景,首先在大型边界层风洞中模拟的B类风场、两种工况共72个风向角下对其进行了刚体模型测压试验,采集了该建筑表面的脉动风压时程,并基于已提出的可完全考虑背景、共振及其耦合项的风振精细化计算方法"一致耦合法",完成了主塔建筑在单体和考虑周边多塔干扰两种工况下的风致响应分析,得到了主塔顶部的位移、加速度响应、基底内力和位移风振系数;同时对该建筑进行了不同重现期、风向角和阻尼比时的层等效静风荷载(ESWLs)研究;最终探讨了超高层三塔连体建筑风效应的干扰作用机理。试验方法、计算理论和主要研究结论可作为此类超高层多塔连体建筑抗风设计的参考依据。     

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。     

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。     

高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究

利用ANSYS - CFX软件对相邻两个高层建筑的风致干扰效应进行数值模拟及结果分析,通过比较发现在风致干扰情况下,由于气流的脉动性显著增加,两个高层建筑的荷载作用较单体建筑情况下明显增大.此外,还进行了动力时程分析,包括结构的等效静力风荷载和位移响应两个方面,结果同样表明干扰效应结构响应比单体模拟结果明显增大,增大最显著的是横风向响应.计算得到建筑物在干扰情况下的风振系数比单体时增大约8％.分析得到了等效的相互干扰增大系数,进一步表明了干扰效应对风荷载的增大作用.     

超高层双塔中部联通异型建筑结构风洞试验研究

介绍了某超高层双塔中部联通异型建筑风洞试验方法与数据分析,对该超高层复杂结构的风压分布、风压系数及体型系数进行了研究,得到了可供设计使用的等效静风荷载与楼顶峰值加速度。结果表明,风压在建筑物的中上部及立面拐角区域较大,风吸力（负压）要大于风压力（正压）,整体上南塔（高度较低）风压小于北塔（高度较高）风压,总的等效静力风荷载主要由平均风荷载控制。研究成果可为该类结构抗风设计及相关研究提供参考依据。     

高层建筑等效风荷载风洞试验研究

分析了某高层建筑的多通道同步测压风洞试验。利用随机振动理论计算了结构等效静力风荷载,分析了风荷载随风向的变化关系,计算了结构顶部峰值加速度响应,对居住者舒适度进行了评价。     

浅析高层建筑的横风效应

高层建筑的横风向荷载及响应问题非常复杂,来流紊流、尾流和气动反馈的激励与其息息相关,风荷载是高层建筑所承受的主要侧向荷载之一。在沿海地带和非地震区,风荷载又常常成为结构设计的控制荷载,而高层建筑结构设计中的重要部分是包括内力、风荷载、位移、加速度等结构抗风分析。目前,高层建筑横风向风效应研究的内容主要包括以下三个方面:确定横风向气动力、识别横风向气动的阻尼和计算横风向等效静力风荷载的方法,同时确定高层建筑横风向风效应的主要手段有风洞试验、数据拟合和参数识别技术。本文主要讲了横风向气动力的确定、横风向气动阻尼的识别以及横风向等效静力风荷载的计算方法三个方面的内容。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

基于风致响应的高层建筑等效静力风荷载优化设计研究

高层建筑风致响应目前需要一个等效静力风荷载优化。高层建筑风致响应等效静力风荷载优化能带来内外部规模的经济增长效应,提高企业自主创新能力,促进企业发展及风致响应竞争力形成。一定区域的建筑风致响应等效静力风荷载优化是在区域相关条件约束下形成的,有效的高层建筑风致响应等效静力风荷载优化应该是基于区域比较优势发展起来的。文章系统地介绍了高层建筑的定义及规模,然后又阐述了区位优势评价指标,最后介绍了等效静力风荷载优化的一系列的特征。     

温州东海广场超高层建筑三维风振分析

温州东海广场是高200m的超高层建筑,风荷载是其结构设计的控制荷载之一。进行了刚性模型同步测压风洞试验,以此为基础,根据随机振动原理,考虑了风力相关性及振型耦合,对温州东海广场超高层建筑进行了风振响应分析,计算得到36个风向角下的风致响应和等效静力风荷载。计算结果表明,温州东海广场工程主塔楼Y轴方向的风荷载大于X轴方向风荷载,80°风向角为不利风向;角点和质心位置的合加速度响应均小于0.15m/s2,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)顶点最大加速度限值的要求。     

典型截面超高层建筑风洞试验与荷载规范计算的等效静力风荷载比较分析

对椭圆形截面和矩形截面的两栋超高层建筑进行了风洞试验,获得了作用在结构上的气动力。在此基础上计算得到了用于结构设计的顺风向、横风向的等效静力风荷载及风振位移和加速度响应。基于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)给出的方法计算了两栋高层建筑的等效静力风荷载,与风洞试验的结果进行了对比,并进一步讨论了振型的阶数对等效静力风荷载、风振位移和加速度响应的影响。     

泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究

制作了缩尺比为1∶200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型,在其外表面布置足够的测点进行了同步测压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据,研究了该9栋建筑的风致响应,包括位移和加速度响应。结果表明:左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面"吸力";泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为"遮挡"效应,其顶部加速度响应均小于规范限值,能满足人体舒适度的相关要求。     

高层建筑风荷载特性数值模拟研究

为研究某超高层双塔结构风荷载特性,采用数值模拟技术对建筑周围流场、建筑表面风压分布以及风荷载体形系数进行了详细研究。结果表明,在建筑角部流场风速加速效应明显,双塔结构角部存在较大的负风压,层风荷载体型系数受风向角影响较大,被遮挡的塔楼整体层风荷载体型系数较小。数值模拟可以给出建筑风荷载及附近流场特征,为建筑结构设计提出合理建议。     

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。     

复杂双塔对大跨中庭屋盖风荷载影响的试验研究

采用风洞试验方法,对一体型复杂的双塔-中庭连体高层建筑中的大跨中庭屋盖的风荷载进行了研究,获得了正向风作用时两侧屋面的平均与极值风压等值线图、体型系数随高度变化曲线,以及最不利斜向风作用下的风压分布图,并与荷载规范中仅考虑单体建筑受正向风作用时的取值进行了比较.结果显示,双塔的相互错位及一侧弧面设计,使得屋盖在特定斜向风作用下的平均与极值风压比正向风时更为不利,其中斜风时的平均和极值正风压峰值达到正向风时的近1.5倍,而负风压峰值则分别达到后者的约2～2.5倍和3～4倍;考虑不利风向时,屋盖除屋脊附近以外的各区域正体型系数及全区域负体型系数绝对值均明显大于规范值,而屋盖中下部位的极值正风压及大部分区域的极值负风压值普遍超出规范值1倍以上.这表明此类屋盖的风荷载若直接按规范取值可能使结构设计趋于不安全.