基于同步測壓技術(shù),在同濟(jì)大學(xué)tj-2建筑風(fēng)洞中進(jìn)行了單體矩形高層建筑的阻塞效應(yīng)試驗研究。對阻塞度為4.1%、6.1%、8.4%、10.1%的剛性建筑模型在低湍流均勻風(fēng)場中進(jìn)行了測壓試驗,對結(jié)果進(jìn)行了對比分析。主要研究了阻塞效應(yīng)對模型表面平均風(fēng)壓特性的影響。試驗結(jié)果表明:在均勻流中,阻塞效應(yīng)對模型迎風(fēng)面平均風(fēng)壓系數(shù)的影響較小,除靠近角部測點外,影響幅度不足5%;阻塞效應(yīng)使模型側(cè)面、背風(fēng)面和頂面平均風(fēng)壓系數(shù)降低較為顯著,但平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律沒有明顯變化。此外,基于風(fēng)洞試驗結(jié)果提出了均勻流中矩形高層建筑平均風(fēng)壓的阻塞效應(yīng)修正公式。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風(fēng)洞試驗方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對風(fēng)場有明顯干擾時,進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗中風(fēng)荷載時程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評估提供了可行的方法。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜。通過風(fēng)洞試驗研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載組合,同時利用風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評價,并與公式結(jié)果進(jìn)行對比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜.通過風(fēng)洞試驗研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載組合,同時利用風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評價,并與公式結(jié)果進(jìn)行對比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù).

風(fēng)荷載是高層建筑的主要側(cè)向荷載之一,鑒于越來越多的國外工程設(shè)計的要求,了解并掌握國際常用規(guī)范中風(fēng)荷載的計算分析相關(guān)規(guī)定非常重要。結(jié)合超高層混合結(jié)構(gòu)科威特中央銀行總部大樓,對美國規(guī)范風(fēng)荷載的相關(guān)規(guī)定及本工程的風(fēng)洞試驗進(jìn)行介紹和研究,對類似工程的風(fēng)荷載分析有一定的參考作用。

依據(jù)某超高層建筑,著重介紹了風(fēng)洞試驗的方法,描述了在考慮有、無環(huán)境建筑影響下,該高層建筑一些典型的表面風(fēng)壓特性以及一些測點風(fēng)壓隨風(fēng)向角的變化規(guī)律。結(jié)果表明:迎風(fēng)面中上部風(fēng)壓系數(shù)較大,接近1.0;底部部分風(fēng)壓系數(shù)達(dá)到1.0;側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)大多為負(fù)值,特別是靠近角落處由于渦旋脫落,其值可達(dá)到-2。環(huán)境建筑對該高層建筑表面風(fēng)壓的影響較大,特別在建筑中下部。為其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些參考。

本文設(shè)計制作了一外形，剛度，質(zhì)量參數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)的通用超高層建筑多自由度氣動彈性模，對其進(jìn)行了一系列的風(fēng)洞試驗，并詳細(xì)研究了風(fēng)向，等因素對超高層建筑風(fēng)致振動的影響，得到一和些具參考價值的結(jié)果，可供我國有關(guān)規(guī)范修訂時參考。

將吸氣流動控制技術(shù)應(yīng)用在超高層建筑中,用以減小其風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是一項新興的課題,然而現(xiàn)有的研究成果還停留在理論基礎(chǔ)階段,將此方法應(yīng)用在實際工程中尚需試驗的驗證。為此文中設(shè)計了一套吸氣控制系統(tǒng),用以完成上部吸氣控制下超高層建筑剛性模型的測壓風(fēng)洞試驗,對今后開展此項研究工作的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員具有指導(dǎo)和借鑒作用。

在大氣邊界層風(fēng)洞中模擬了b、c、d三類地貌的風(fēng)場,對矩形和方形模型進(jìn)行了風(fēng)洞試驗,分析了不同風(fēng)場下矩形和方形模型的風(fēng)壓分布、順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜和風(fēng)壓空間相關(guān)性。結(jié)果表明：b、c、d三類風(fēng)場下,平均風(fēng)壓系數(shù)逐步減小,脈動風(fēng)壓系數(shù)逐步增大,順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜峰值對應(yīng)頻率基本一致;順風(fēng)向脈動風(fēng)壓功率譜分布特征隨高度變化不大;風(fēng)壓水平和豎向相關(guān)性隨距離增加而減小;湍流度的增大使得迎風(fēng)面水平和豎向風(fēng)壓相關(guān)性增大。

為了研究超高層建筑不同風(fēng)洞試驗方式結(jié)果的差異及原因,對某347m超高層建筑進(jìn)行了剛性測壓模型、強(qiáng)迫振動模型和多自由度氣彈模型風(fēng)洞試驗,并將三種試驗結(jié)果進(jìn)行分析.對比了剛性測壓模型與氣彈模型的風(fēng)致位移響應(yīng),分析氣動阻尼比對位移響應(yīng)的影響;同時對比了強(qiáng)迫振動模型與多自由度氣彈模型在湍流場及均勻流場中氣彈參數(shù)的差異.結(jié)果表明:剛性測壓模型風(fēng)洞試驗在氣彈效應(yīng)不顯著的情況下較為可靠而方便;當(dāng)氣彈效應(yīng)較顯著時,多自由度氣彈模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果更為真實;在均勻流場中,結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時,強(qiáng)迫振動模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果有一定的參考價值,但在湍流場中,特別是不發(fā)生共振時,試驗結(jié)果與實際情況存在較大差異.高層建筑強(qiáng)迫振動模型振動形式的不精確性會導(dǎo)致試驗結(jié)果的失真,將強(qiáng)迫振動模型應(yīng)用到實際高層建筑抗風(fēng)時,其振動形式還有待改進(jìn).

分析了某高層建筑的多通道同步測壓風(fēng)洞試驗。利用隨機(jī)振動理論計算了結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載,分析了風(fēng)荷載隨風(fēng)向的變化關(guān)系,計算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對居住者舒適度進(jìn)行了評價。

高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)和等效靜風(fēng)荷載備受風(fēng)工程和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的關(guān)注。橫風(fēng)向風(fēng)荷載產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜,一般認(rèn)為主要來源于紊流、尾流及旋渦脫落和氣動阻尼。橫風(fēng)向風(fēng)振主要是旋渦脫落下的渦激振動,各國規(guī)范大都規(guī)定圓柱體橫風(fēng)向渦激振動是確定性振動,非圓截面要依據(jù)風(fēng)洞試驗確定。該文綜合眾多試驗研究,提出了在準(zhǔn)定常理論不適用情況下的隨機(jī)振動分析方法,建立了超高層建筑的橫風(fēng)向等效靜風(fēng)荷載的計算模型。引入橫風(fēng)力譜,考慮氣動阻尼,對某矩形截面建筑進(jìn)行了等效靜風(fēng)荷載分析,并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明,按隨機(jī)振動理論建立計算模型是可行的,當(dāng)計算橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)時,應(yīng)適當(dāng)考慮正氣動阻尼的影響,使計算結(jié)果更具真實性。

風(fēng)洞試驗是確定超高層建筑風(fēng)荷載的主要方法之一。本文介紹了風(fēng)洞試驗的基本情況,包括風(fēng)洞試驗對大氣邊界層的模擬、風(fēng)洞試驗的分類、等效靜力風(fēng)荷載的計算過程等。著重于風(fēng)洞試驗過程中設(shè)計單位如何與風(fēng)洞試驗單位配合，風(fēng)洞試驗配合過程中的注意事項以及如何解讀和運用風(fēng)洞試驗報告。最后，以某工程為例介紹了風(fēng)洞試驗配合具體過程以及風(fēng)洞試驗報告的應(yīng)用。通過該風(fēng)洞試驗補充了規(guī)范關(guān)于該體型高層建筑風(fēng)荷載的取值，同時也驗證了此類雙塔建筑的風(fēng)荷載相互干擾，不可忽視。

風(fēng)洞試驗是確定超高層建筑風(fēng)荷載的主要方法之一。本文介紹了風(fēng)洞試驗的基本情況,包括風(fēng)洞試驗對大氣邊界層的模擬、風(fēng)洞試驗的分類、等效靜力風(fēng)荷載的計算過程等。著重于風(fēng)洞試驗過程中設(shè)計單位如何與風(fēng)洞試驗單位配合,風(fēng)洞試驗配合過程中的注意事項以及如何解讀和運用風(fēng)洞試驗報告。最后,以某工程為例介紹了風(fēng)洞試驗配合具體過程以及風(fēng)洞試驗報告的應(yīng)用。通過該風(fēng)洞試驗補充了規(guī)范關(guān)于該體型高層建筑風(fēng)荷載的取值,同時也驗證了此類雙塔建筑的風(fēng)荷載相互干擾,不可忽視。

為了研究山地風(fēng)場中超高層建筑的風(fēng)荷載和風(fēng)振響應(yīng)特性,必須了解復(fù)雜湍流變化對建筑風(fēng)荷載的影響。在風(fēng)洞中模擬了4種湍流度,通過3個不同高寬比圓形截面超高層建筑模型,考察了來流湍流度、建筑高寬比、層高度等因素對順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)荷載功率譜影響規(guī)律。針對2個方向風(fēng)荷載功率譜的特點分別采用不同荷載譜模型進(jìn)行了參數(shù)擬合,再以湍流度、建筑高寬比為基本變量對荷載譜模型參數(shù)進(jìn)行二次擬合,初步建立了復(fù)雜山地圓形截面超高層建筑風(fēng)荷載功率譜的數(shù)學(xué)模型。最后給出一個實例,通過具體山地風(fēng)速和湍流度剖面,根據(jù)提出的建筑風(fēng)荷載功率譜數(shù)學(xué)模型,比較了山地和平地圓形截面超高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)。

為研究超高層建筑風(fēng)致內(nèi)壓的干擾效應(yīng),在不同干擾工況下對一典型開洞超高層建筑進(jìn)行了內(nèi)壓風(fēng)洞試驗.分析了不同截面寬度、不同高度施擾建筑干擾下的平均與峰值內(nèi)壓干擾因子的分布規(guī)律,并通過功率譜分析,研究了有、無干擾建筑時脈動內(nèi)壓的能量分布.結(jié)果表明:有、無干擾下的超高層建筑風(fēng)致內(nèi)壓近似服從高斯分布;串列布置時,隨著施擾建筑與受擾建筑的截面寬度比的增大,內(nèi)壓干擾因子逐漸減小;在并列布置且側(cè)面開洞時,平均與峰值內(nèi)壓均呈放大效應(yīng),且干擾因子隨著寬度比的增大而隨之增加,峰值內(nèi)壓干擾因子最大值為1.33,此時若并列間距較小時,旋渦脫落共振峰值消失,但helmhohz共振峰值能量會被大幅提高;當(dāng)串列布置且施擾建筑高度與開洞所在高度相近時,側(cè)面開洞受擾建筑的峰值內(nèi)壓始終被放大,峰值內(nèi)壓干擾因子最大值為1.12.

以中華城商業(yè)社區(qū)高層建筑群為工程背景,采用rngk-ε湍流模型模擬了建筑群中超高層建筑的表面平均風(fēng)壓分布及周圍風(fēng)環(huán)境,計算了與風(fēng)洞試驗等雷諾數(shù)及增大來流風(fēng)速和模型尺寸提高雷諾數(shù)后的兩類雷諾數(shù)工況,并同風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,在等雷諾數(shù)情況下,風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬得到的超高層建筑表面風(fēng)壓分布較為一致,數(shù)值差別在15%以內(nèi);數(shù)值模擬與試驗雷諾數(shù)相差25倍的工況中,當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速成一定角度時,超高層建筑的風(fēng)壓分布及周圍流場的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗較一致;當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速平行時,尾流中旋渦分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗差異明顯,但平均風(fēng)壓分布的數(shù)值模擬與試驗結(jié)果略顯差別。

在邊界層風(fēng)洞中,用高頻底坐五分量天平技術(shù)對caarc模型的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行研究,并與用氣動彈性模型測得的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行比較,兩者的結(jié)果相差不大。由于天平技術(shù)只考慮第一振型并且是線形振型的影響,所以用其測得的荷載風(fēng)振系數(shù)僅僅是建(構(gòu))筑物頂部的風(fēng)振系數(shù),獲得的一些結(jié)果可作為修訂有關(guān)規(guī)范時參考。

矩形截面慣性矩及抗彎截面系數(shù)： 圓形環(huán)形截面抗彎模量及慣性矩公式： 抗扭截面系數(shù)：

基于單體高層建筑模型的尾流面積法,提出了適用于群體高層建筑模型風(fēng)洞試驗阻塞效應(yīng)的修正方法.給出了群體建筑的流場模式和基本假定,推導(dǎo)了修正公式,將尾流面積法的適用范圍推廣到同時布置兩個或多個建筑的阻塞效應(yīng)的修正.利用均勻流中典型周邊布置方案的等高雙建筑和等高三建筑的風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合,并在不同工況下驗證了修正方法.該方法可在較高精度范圍內(nèi)滿足工程項目的需要.

用縮尺比為1:300的剛性模型對巨型高層開洞建筑進(jìn)行了風(fēng)洞測壓試驗,研究了c類場地、16個來流風(fēng)向條件下,模型各表面(包括洞口內(nèi)部)的風(fēng)壓分布特性等,并確定了結(jié)構(gòu)總體風(fēng)荷載及最不利風(fēng)向角.結(jié)果表明:洞口的設(shè)置減小了建筑物所受的總體平均風(fēng)荷載,但并非洞口越大減小風(fēng)荷載越多.在建筑物上部開洞,對減小基礎(chǔ)所受彎矩非常有利,而在中上部開洞則對減小總體平均風(fēng)荷載更為有效,并且當(dāng)風(fēng)向與開洞方向平行時基礎(chǔ)所受的總平均風(fēng)荷載最小.風(fēng)荷載沿建筑高度的變化并非按規(guī)范中的規(guī)律分布,而是中上部大、兩端小.

基于單體高層建筑模型的尾流面積法，提出了適用于群體高層建筑模型風(fēng)洞試驗阻塞效應(yīng)的修正方法．給出了群體建筑的流場模式和基本假定，推導(dǎo)了修正公式，將尾流面積法的適用范圍推廣到同時布置兩個或多個建筑的阻塞效應(yīng)的修正．利用均勻流中典型周邊布置方案的等高雙建筑和等高三建筑的風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合，并在不同工況下驗證了修正方法．該方法可在較高精度范圍內(nèi)滿足工程項目的需要．