基于极值相关性的超高层建筑风荷载组合研究

为研究不同长宽比超高层建筑三维风荷载组合,通过高频测力天平风洞试验得到了5种长宽比的矩形超高层建筑基底剪力、弯矩和扭矩时程。基于试验数据和计算结果,分析了三维风荷载效应的分布及其极值相关性。在此基础上,对比分析了不同长宽比的超高层建筑顺风向与横风向、顺风向与扭转向以及横风向与扭转向之间的风荷载效应极值分布规律和统计参数。最后,采用概率统计方法评估了不同长宽比对结构三维风荷载组合系数的影响,并给出了一组基于极值相关性分析的结构三维风荷载组合系数推荐值。结果表明：对于超高层建筑,虽然不同方向风荷载效应之间相关系数可能很低,但其三维风荷载效应极值相关性不可忽略;以横风向或扭转向为主方向进行组合时,其余方向同步比值存在明显的非高斯分布特性;对于不同长宽比超高层建筑,其极值相关性的差异会导致组合系数存在差别,在确定风荷载组合方法时,应考虑长宽比的影响。     

基于风洞试验的双塔楼超高层建筑风荷载与风致响应

当超高层建筑的高度和间距都比较接近的时候,相互的干扰效应对结构的表面风荷载与结构的风致响应都会产生较大影响。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了双塔楼超高层建筑表面各测点的风压时程。在此基础上,通过数据处理,得到结构的三维动力风荷载模型,进而分别采用频域法进行结构动力响应分析。最后,通过分析结构表面风荷载与风致响应,研究了塔楼之间的干扰对结构风荷载的影响以及对结构风致响应的影响,结果表明:当双塔连线与来流方向平行时,三维风荷载和风致响应都会明显增大,干扰效应影响十分明显。     

基于测力天平风洞试验的大跨封闭式输煤栈桥风荷载分析

大跨、高柔结构对风荷载非常敏感,针对此类结构风效应的研究是非常有必要的。基于高频测力天平节段模型风洞试验,测得不同风向角下,封闭式输煤栈桥各典型支撑塔柱及栈桥桥面两个水平向的基底弯矩和剪力。并通过模型基底力平均值计算并分析了各典型支撑塔柱及栈桥桥面体型系数,得到了体型系数随风向角的变化规律。将体型系数试验值与规范值比较,结果表明二者吻合较好,验证了本试验的可靠性,也说明按照规范进行输煤栈桥抗风设计是合理的。分析了周边建筑物对输煤栈桥风荷载的干扰效应,提出了干扰修正系数,为该建筑物基底弯矩和剪力验算以及结构抗风设计提供依据。     

大型煤气柜风振响应与抗风性能分析

基于刚性模型表面测压风洞试验,得到大型煤气柜表面的风荷载时程,经数据处理得到结构的平均风荷载与频域动力风荷载数值模型.采用有限元方法计算了煤气柜结构的动力特性,研究了煤气柜柜体内外气体的压力差对结构动力特性的影响.采用随机振动理论,计算得到大型煤气柜结构的风致位移响应,分析了柜体内外气体压力差对结构风致响应的影响以及煤气柜结构在风荷载作用下的变形,为结构设计师进行结构抗风设计提供了参考.     

基于现场实测的圆截面结构升力系数和斯托罗哈数研究

为了研究圆截面细柔结构在高雷诺数下的升力系数和斯托罗哈数，对一座210 m高的混凝土烟囱进行了风压、风速现场实测。在该实测数据的基础上，统计总结已有现场实测结果，研究不同实测结果差异显著的原因，分析不同雷诺数和湍流度下升力系数和斯托罗哈数等参数的变化规律，建立了升力系数计算式。研究结果表明，在跨临界雷诺数范围内，湍流度引起的升力系数在数值上近似是纵向湍流度的40%,漩涡脱落升力系数随着雷诺数的增大依次呈稳定、增大、减小再稳定的变化趋势，而斯托罗哈数主要集中在0.22附近，不随雷诺数和湍流度变化。     

有锥度圆截面高耸结构的横风向响应简化计算

针对目前国外有锥度圆截面高耸结构横风向响应计算的复杂性和国内在此方面研究的不足,根据随机振动理论以及B.J.Vickery提出的横风向力谱,推导了计算有锥度圆截面高耸结构最大横风向响应的简化公式.在应用于工程计算方面,简化方法和基于随机振动理论的标准方法有着很好的一致性,而B.J.Vickery近似方法的预测值偏小.     

考虑二阶振型的高层建筑顺风向风振响应简化计算

为评估高层建筑风振的舒适度,应建立简单实用的结构风振响应计算方法。而我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的高层建筑顺风向风振响应简化计算方法没有考虑二阶振型的贡献。基于准定常理论,采用频域法进行了考虑二阶振型贡献的高层建筑顺风向风致响应评估,并分析了二阶振型对结构风致响应的贡献。结果表明：二阶振型对高层建筑顺风向动力位移响应的贡献一般在2%以内,但对顺风向动力加速度响应的贡献最大能达到18%。在评估结构顺风向风振加速度响应时,二阶振型的贡献不能忽略。在此基础上,推导了考虑二阶振型的对称等截面高层建筑顺风向风振响应简化计算方法。将此简化方法得到的结果与频域法和规范公式得到的结果进行对比,其误差在5%以内,表明简化公式具有较好的精度和适用性。     

高层住宅建筑风荷载特性及风致响应

对某复杂体型高层住宅建筑进行了实际工况和三种不同高宽比单体工况下的刚性模型测压风洞试验,通过数据整理计算得到各工况下结构的轴向整体风力系数、加速度和位移响应值,进而研究了周边建筑干扰和高宽比变化对结构的风荷载及风致响应的影响。结果表明:干扰使得结构整体风力系数偏小,高宽比变化对整体风力系数的影响基本可以忽略,但由于结构体型复杂,值达1.52,超出规范对类似矩形结构建议值;干扰使得结构响应沿风向角变化较大,随着高宽比的增大加速度和位移响应增大,加速度响应主要体现在横风向,位移响应主要体现在顺风向;单体结构的风荷载与风致响应最不利风向角不一定为来流沿两个主轴的风向角,进行抗风设计时应注意与类似单体矩形结构的这种区别。     

超高层建筑气动弹性效应双向受迫振动风洞试验研究

通过双向受迫振动风洞试验对高347m的长沙世茂广场模型的气动弹性效应进行研究,模拟结构平面两个轴向的一阶振动,同步测量了振动模型上的表面风压和模型顶部位移。在对振动模型横风向和顺风向的气动弹性力分析基础上,识别了该模型气动阻尼比和气动刚度比,计算并分析了气动弹性效应对结构风致响应和等效风荷载的影响。分析结果表明,在100年重现期风速作用下,该模型气动阻尼比为正值,气动刚度为负,气动刚度相对于结构刚度较小,对结构自振频率影响不大。考虑气动弹性参数后,顶部最大位移响应可减小5%,最高居住层最大加速度响应可减小10%,由等效风荷载计算得到的基底总剪力和基底总弯矩减小1.1%左右。分析表明,双向受迫振动风洞试验是一种有效且有实用前景的超高建筑气动弹性参数识别方法。