高层建筑群体干扰效应数值模拟研究

通过数值模拟研究了某超高层建筑群风荷载特性及相互干扰效应。结果表明:不同风向角对建筑群体周围风场影响较大,在建筑角部及塔楼之间的空隙位置存在显著的加速现象。建筑风荷载及顺风向阻力系数受相邻建筑干扰明显,随着风向角的改变,建筑表面风荷载及整体受力特性都会发生相应变化,在实际设计中,应考虑建筑群体效应对设计风荷载的影响。     

浅议高层建筑抗风的技术问题及对策

高层建筑横风向、扭转向风荷载及群体建筑干扰效应可能引起较大的风致响应。本文综合分析了高层建筑受风荷载的特点,对不同的抗风要求提出了针对性的抗风措施。研究和工程实例表明,通过改变建筑外形或结构动力特性可有效改善高层建筑受风环境,从而降低建筑风致响应。     

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。     

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.     

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。     

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%。     

大跨球壳结构风压分布规律和风致干扰效应试验研究

球壳结构对风荷载比较敏感,风荷载为其主要控制荷载之一。通过风洞试验,在不同工况下对球壳结构表面进行了同步测压,研究了结构在不同工况下的风荷载分布特性和风致干扰效应。研究结果表明:天窗开启和关闭对结构外表面部分区域风压分布有明显影响,主要影响结构的背风面风压。对于结构内表面,风荷载在天窗关闭时变小,对内部结构有利。针对用于储煤的大跨球壳结构,有无煤堆对结构外表面顺向风压分布没有明显的影响,但对横风向风压分布有一定的影响。两个相邻建筑物间的相对位置对结构的风致干扰效应有一定程度的影响,周边建筑物的干扰对受扰结构不同区域的影响并不相同。     

深圳京基金融中心气动抗风措施试验研究

深圳京基金融中心高439m,风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用高频底座力天平方法对该建筑模型进行了风洞试验,考察了利用其顶部设备和避难层进行开敞形成不同的风走廊(气动措施)对结构风荷载和风致响应的影响。试验结果表明：在重现期100a敏感风向作用下结构漩涡脱落频率明显低于结构基阶固有频率;气动措施可显著抑制和削弱脱落漩涡的强度,当没有受到明显干扰影响时,气动措施显示出良好的抗风效果。不同气动措施可使重现期100a结构基底弯矩减少8.2%~21.2%,使重现期10a峰值加速度减少5.3%~16.0%;受到来自于地王大厦的干扰效应的影响,在所关注重现期风速范围内的结构风振响应为上游地王大厦的尾流所控制,影响了气动措施的控制效果,但在发生涡激共振的临界风速时气动控制措施效果显著。     

某超高层建筑风致结构响应结果的分析

广州良业大厦项目,塔楼2、塔楼3高度约150 m,结构平面形状原为矩形,后修改为切角三角形,项目前后进行了两次风洞试验。对风洞风荷载、规范风荷载及结构响应进行了详细比较研究,指出超高层建筑中横风向风振和扭转风振等效风荷载对结构楼层位移角和构件内力的影响显著。同时总结了应用风洞试验数据和确定地面粗糙度类别的的注意事项。     

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。     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

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。     

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。     

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。     

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。     

周边建筑对低矮建筑平屋面风荷载的干扰因子

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应。通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行测量,分析周边建筑的建筑面积密度、相对高度及排列方式对被包围建筑平屋面上的最大局部负风压及最大屋面升力的干扰因子的影响。试验结果显示,最大局部负风压的干扰因子除少数周边建筑面积密度很低或相对高度较矮时大于1.0外,多数情况下都小于1.0;所有存在周边建筑的试验工况中最大屋面升力的干扰因子总是小于1.0;两个干扰因子都随周边建筑面积密度的增大而减小;当周边建筑的相对高度小于1.0时,两个干扰因子都随周边建筑相对高度的增大而减小,但当周边建筑的相对高度大于1.0时,两个干扰因子对周边建筑相对高度的变化不敏感。基于上述试验结果,将两个干扰因子拟合成周边建筑面积密度及相对高度的函数形式,为低矮建筑的设计提供依据,为建筑结构荷载规范的修订提供参考。     

群体高层建筑风致干扰效应研究进展

在高层建筑抗风设计中,正确地评估邻近建筑对风荷载的影响具有重要的理论和实用价值。从干扰机理、基底荷载干扰以及风压干扰3个方面总结与评述了国内外风致干扰效应的研究进展,列举了各国风荷载规范对干扰效应的条文规定;结合作者所在研究团队近十多年来进行的群体高层建筑的研究成果,对GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》的风致干扰条文进行了补充说明,重点介绍了群体建筑气动干扰的量化方法,并强调了干扰效应的适用条件为折算风速不大于7;根据前期研究存在的问题和实际工程需求,建议进一步开展对群体建筑干扰机理、结构顶部峰值加速度、扭转干扰响应以及不同方向荷载相关性等方面的系统性研究。     

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。     

多风向多目标等效静风荷载分析方法及应用

针对大跨空间结构中多振型参与风振响应特点和工程应用需要,提出针对多个风向的多目标等效静风荷载分析方法。根据所有风向的平均风荷载（或者风振响应极值）分布之间的相似性指标,将所有风向分为若干个风向区,计算各风向区的风振包络响应;在每个风向区内,选择平均风荷载分布和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个风向、多个等效目标的等效静风荷载。将该方法用于某大型科技新馆,分析结果表明：根据各风向下屋面平均风压系数分布间的相关系数,36个风向角仅需分成3个风向区,且各风向区等效静风荷载作用下的静力响应与实际动力响应包络响应吻合较好,验证了所提方法的计算精度和工程应用的便利性。     

三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数研究

为研究三管集束式钢烟囱风致响应与风振系数,以国内某在建180m高三管集束式钢烟囱为研究对象,通过同步刚体测压风洞试验,得到了不同风向角下三管集束式钢烟囱各排烟筒表面平均与脉动风压;采用有限单元法建立排烟筒-加劲环-工字梁一体化有限元模型,对不同风向角下三管集束式钢烟囱结构体系的风致响应进行完全瞬态时域动力分析,研究以径向位移、子午向轴力、环向弯矩和von Mises应力等4种响应作为响应目标的排烟筒一维、二维和三维响应风振系数分布特性及取值标准,给出了典型风向角下三管集束式钢烟囱分层及整体风振系数的取值建议。研究表明：基于4种响应目标的风振系数沿子午向和环向具有明显的二维分布特征,层风振系数随高度逐渐增大,整体风振系数建议取值为2.12。