矩形截面高层建筑三维耦合风振响应的风洞实验研究

通过长宽比3∶1的矩形截面高层建筑三维气动弹性模型风洞试验,采用激光位移计同时测量模型中心点的顺风向、横风向位移和角点的位移,并且运用多点同步扫描技术测量气弹模型表面风压,分析了结构偏心对三维风致均方根位移响应以及对气弹模型上的动力风荷载的影响规律,为刚心、质心不重合的矩形截面高层建筑的抗风初步设计提供参考。     

复杂截面超高层建筑风效应的风洞试验研究

通过对典型复杂截面超高层建筑开展的高频动态测力风洞试验,分析了超高结构风荷载及风致响应的作用机理。结果表明:周边干扰对该超高层建筑的整体风荷载有一定的影响,主要表现为"遮挡效应"。各风力脉动分量的相关性较低,风洞试验得到等效静力风荷载及风振系数与规范给定的相应结果差别明显,意味着对于此类建筑的风荷载只能通过风洞试验来确定。试验得到的结构顶部加速度满足我国规范给定的舒适度标准,结构自振频率及阻尼比对风振响应的计算结果影响较大。研究成果为超高层建筑的抗风安全设计提供了有用依据和资料。     

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究

通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统的研究。评估了各风力脉动分量的相关特性,研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征,分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数,并与规范结果进行了对比研究。研究成果可为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。     

超高层建筑风荷载数值模拟和空间风振分析

某沿海超高层建筑高度达350 m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的CQC方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.     

方截面超高层建筑风洞试验阻塞效应研究

以方形柱体为研究对象,通过3组仅缩尺比不同,其他指标完全相同的风洞试验测压模型,设置了不同周边建筑布置方式,研究了周边建筑与主体建筑在多种相对位置下阻塞效应对试验数据的影响。结果表明,迎风面风压系数受阻塞效应影响程度小于侧面和背风面,但当周边模型位于主体模型前方时,阻塞效应对迎风面均方根风压系数的影响仍不可忽略;侧面风压系数受阻塞效应影响程度最为显著(尤其当周边模型位于主体模型两侧时),且侧面上游测点平均风压受阻塞效应影响程度大于下游测点,而均方根风压系数则是下游受影响更明显;背风面风压系数受阻塞比的影响程度小于侧面,但当周边模型位于主体模型后方时,背风面下部测点受阻塞效应影响较为明显。整体来看,在同样的阻塞比下,不同周边建筑的摆放位置所造成的阻塞效应不相同,说明阻塞比这一整体指标不足以完全衡量出阻塞效应的严重程度,阻塞比的精细方法还有待建立。     

大型超高层建筑的随机风振响应分析

大型超高层建筑结构具有自由度数庞大、小阻尼及振型密集等特点,针对传统方法在处理大型复杂实际结构受多点随机激励中存在计算效率比较低或精确性不高等不足,提出了基于虚拟激励法的复杂超高耸结构的随机风振响应分析方法.运用虚拟激励法将脉动风荷载作用下的多点激励转化为简谐虚拟激励向量,并根据平稳随机理论推导出相应风振响应的表达式,自动计入了多点风激励的空间相关性和振型间的相关性.以目前在建的深圳第一高楼——深圳金基大厦为算例,分析结果验证了方法的有效性和准确性,可以提高多点随机激励响应的计算效率和精确度,在大型高层实际工程风振响应计算分析中有较强的实用价值.     

上部吸气控制下超高层建筑的平均风荷载特性研究

为减小超高层建筑的风荷载,改善结构的抗风性能,设计了一套吸气控制系统,完成了上部吸气控制下超高层建筑刚性模型的测压风洞试验,研究了不同风向角下吸气控制的几何参数和流量参数对模型的平均风荷载特性的影响规律。结果表明:吸气控制对吸气孔高度范围内的平均风压系数和层阻力系数的折减要显著大于非吸气控制段的风荷载折减;吸气流量系数CQ越大,吸气控制段的风荷载折减越显著,当CQ绝对值从0.004 57增大到0.017 4时,模型上部8~10层(吸气孔高度范围内)的层阻力系数最大折减值由0.094增大到0.231;在不同来流风向角下,吸气控制效果差异较大。因此,为实现吸气减阻,应根据建筑所在地的主导风向角确定最佳开孔方案。     

输电塔扭转响应和扭转等效风荷载的计算方法

针对输电塔的扭转效应,提出顺线路方向扭转响应和扭转等效风荷载的理论计算方法,分析扭转模态和相干函数对扭转响应的影响,进行气弹模型风洞试验以验证计算结果的准确性,给出同时考虑扭转与平动的风振系数计算公式. 结果表明：所提出顺线路方向扭转响应计算方法与风洞试验结果非常接近,计算方法的准确性得以验证;扭转响应计算中应同时考虑水平向与竖直向的相干函数;顺横担方向来流时的扭转响应理论计算结果小于风洞试验值,原因是此时杆件间的遮挡效应产生特征湍流;塔身的扭转放大系数可忽略,横担的扭转放大系数不可忽略,最大值为1.1.     

高阶振型在超高层建筑风荷载中的影响

结构的高阶振型对超高层建筑的风致响应有较大影响,尤其针对超高层建筑风荷载方面的认识还不够深入。随着建筑高度越来越高,建筑变得越来越柔,高阶振型对于风荷载的贡献随之增大。以珠海市某一超高层建筑为工程背景,在X,Y和Z方向将考虑高阶振型的风荷载与仅考虑第一阶振型的风荷载进行比较,结果表明:高阶振型对于超高层建筑风荷载的贡献较小,计算超高层建筑风荷载时,只需计算第一阶振型的数值即可满足工程要求,高阶振型对其影响可以忽略不计。     

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

针对大跨越输电塔线耦合体系的风振响应问题，以规划中的世界第一高塔--某大跨越输电塔线工程为原型，采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气弹模型，并在紊流风场中进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验.试验结果表明，输电塔的响应可以分解为共振响应与背景响应.通过分析塔线耦合作用对输电塔2部分分量的影响，揭示了塔线体系的风振响应特性.塔线体系与单塔相比，由于阻尼的增加导致共振响应有所降低，而迎风面积的增大使得背景响应有较大幅度的提高.分析塔线体系总的风振响应必须同时考虑塔线耦合作用对2部分分量的影响.     

矩形高层建筑扭转向风振响应简化计算

目的 研究在风荷载作用下计算独立矩形高层建筑扭转风振响应与扭转动力风荷载的经验公式.方法 结合随机振动理论与结构动力学知识,采用频域法建立了矩形高层建筑扭转向风振响应积分计算方法.进而通过必要的假定,将复杂的积分计算公式简化为简单的代数运算公式.为了减小在公式简化过程中采用的假定带来的误差,引入了误差调整系数.并通过对不同地貌条件下各种长宽比、高宽比和频率的建筑物的误差调整系数的分析.得到了结构的误差调整系数随各参数的变化规律,最后采用最小二乘法拟合得到了误差调整系数的公式.结果 得到了矩形高层建筑扭转向风振响应计算的经验公式.结论 由经验公式计算得到的结构响应与由积分方法计算得到的响应很接近,总体的相对误差基本上在5%以内.说明简化经验公式有较高的精确度.     

高层建筑扭转风向动力风荷载数学模型

针对矩形截面的高层建筑物，对不同高宽比和边长比的9种模型进行风洞实验，通过对大量数据的处理和分析，考察了模型高度、高宽比、边长比对高层建筑物扭转风向风力功率谱(扭矩功率谱)的影响规律，并拟合出了一个以风速、湍流强度、边长比等为参数的高层建筑物扭矩功率谱密度函数的数学表达式，与试验结果吻合较好，证明它是合理有效的。     

基于分形特性的开口拱形结构风致积雪漂移风洞试验研究

风作用下雪粒会发生漂移、沉积现象,进而对结构周边区域产生不利影响。对于相邻开口结构,结构四周风致积雪分布规律较为复杂且无规范可循。因此分别以单独和相邻开口拱形屋面结构为研究对象,进行了风致积雪分布风洞试验研究,探讨了洞口方位对单独拱形结构表面及周边积雪分布的影响,结构间距和相对角度对两模型间积雪分布规律的影响。以风洞试验数据为依据,根据整体区域粒子的分形特性,定量分析了风致积雪漂移这种无规律和随机波动的外在紊乱运动。结果表明：洞口的存在极大程度影响了拱形结构周边积雪分布情况,无论在局部区域还是整体粒子区域,洞口位于侧立面时,结构周边的雪压分布较为有利;两开口模型间距越小,模型间积雪沉积越严重,对结构稳定性越不利;两模型洞口角度为30°时,局部雪深系数最大,洞口角度为60°时,整体区域的积雪分布形态最为不利,但其局部最大雪深系数要低于相对角度为30°,因此设计中应避免上述排列方式。所得结论可以为准确描述雪粒分布形态特征提供依据。     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

长方体建筑屋顶风能利用效能研究

屋顶安装小型风力发电机是近几年来新发展的一种风能利用形式.以年平均风速为对象,研究建筑屋顶风能利用的效能,提出衡量建筑风能利用效能的6个性能指标.利用CFD数值模拟方法分析了长方体建筑平屋顶对风能的利用效果,考察了不同迎风角下控制点的性能指标,探讨屋顶风力机安装的最佳位置和排列形式.对长方体建筑屋顶形式进行分析,对比了4种不同屋顶形式的风能利用效能.     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。