超高建筑强/台风作用及其效应的现场实测与理论分析

本项目在我国东南沿海选取了具有代表性的超高层建筑开展实测研究，建立了“超高层建筑风效应及台风实测平台”，实现了对超高层建筑台风效应的大规模、全面监测，积累了丰富的监测资料。同时，项目组还建设了既能测试风场又能测试房屋风荷载的“追风房测试系统”，其传感器装备齐全，可实时监测台风风场及房屋所受的强台风荷载和受雨率。在强/台风和结构动力灾变过程的数值模拟方面，本项目建立了一种生成数值风洞入口风场的新方法，并已应用与广州“珠江城”大厦、广州湾时代广场等多栋超高层建筑的抗风设计；建立了一种新的CFD模型——新亚格子模型，该模型适合高雷诺数流场计算，适应多种流态和复杂网格体系，且无试验滤波迭代，计算量少，将新亚格子模型与入口流场的新技术相结合，实现了全尺寸超高层建筑的大涡模拟（雷诺数108量级）；提出了基于双流体模型的风夹雨(WDR)数值模拟新方法，双流体模型描述WDR运动与过去的研究相比，大为简化了边界条件的处理和计算复杂性。此外，结合现场实测和数值模拟技术，本项目开展了大量风洞试验和幕墙试验研究，系统的获得了结构风压分布和风致响应规律，进一步完善了实验技术，发展了理论分析和数值模拟方法，并自主研发了“超高层建筑风雨荷载大涡模拟软件”和建立了超高层建筑风效应的现场实测数据库，为超高层建筑抗风设计提供科学依据。 2100433B

本项目应用现场实测、理论分析、数值模拟和风洞试验方法开展超高建筑强/台风作用及其效应的系统研究，开发实测、风洞试验新技术，建立理论分析和数值模拟新方法。在我国东南沿海5栋最有代表性的超高层建筑上安装实测设备开展实测研究，构建世界上最大规模的超高层建筑风效应实测研究平台，获得有工程和科学意义的风场和结构响应实测数据。通过分析得到强/台风风场和超高建筑响应特征，建立相应的理论分析模型和基于并行计算的风场及结构响应数值模拟新方法，实现强/台风和结构动力灾变过程的数值模拟及可视化动态显示；并将此拓宽至强风和大雨共同作用下超高建筑结构的动力灾变分析，提出相应的理论模型和基于双流体模型的数值模拟新方法。结合现场实测开展风洞试验和幕墙试验获得系统的结构风压分布和风致响应规律，进一步完善实验技术，发展理论分析和数值模拟方法，建立超高建筑风效应的数字建筑模型和数据库，为超高建筑抗风设计提供科学依据。

本项目主要研究构建一套能够满足低矮建筑物风荷载和复杂地貌的近地面风场状况实测研究需要、同原型尺寸基本相当、可移动的的模型房屋及测试系统。在台风登陆时将该系统布置在台风登陆地区开展实测研究，变被动的等待台风登陆为主动的寻找台风，创造开展实测研究的机会。重点研究强台风时近地面风场状况（风速剖面、湍流度剖面、功率谱等）和低矮房屋风荷载状况，获得具有工程意义和科学价值的实测数据。将近年来迅速发展的新方法和新技术应用于实测系统的建造和实测数据的分析，以获得更加准确和可靠的实测数据，发现低矮建筑物风效应的典型性特征。将现场实测、风洞试验、数值模拟等研究手段结合起来开展低矮建筑物抗风问题的研究，挖掘不同研究手段所获得结果的相似性特征，检验风洞实验和数值模拟方法的准确性和可靠性，进一步的改进风洞实验和数值模拟方法。提出在台风作用下低矮建筑物的等效风荷载确定的新方法，为低矮建筑物的抗风设计提供可靠的依据。 2100433B

针对超大跨桥梁、超高层建筑和超大空间结构在强/台风作用下的动力灾变，重点突破强/台风场非平稳和非定常时空特性及其气动力理论模型、结构非线性动力灾变演化规律与全过程数值模拟及其验证、风致动力灾变的失效机理与控制原理等关键科学问题；采用理论分析、物理实验、数值模拟和现场实测相结合的方法，开展强/台风场时空特性数据库和模拟模型、结构气动力数学模型与物理实验识别、三维气动力CFD 数值识别与高雷诺数效应、结构风致振动多尺度物理模拟与实测验证、结构风致灾变机理与控制措施等研究工作；研发并集成具有自主知识产权的理论分析、数值模拟、物理试验和现场实测系统，形成重大建筑与桥梁强/台风动力灾变模拟集成系统；最终实现重大工程风致灾变全过程分析的重点跨越和理论升华，提升我国防灾减灾基础研究的原始创新能力，为保障我国超大尺度重大工程的安全建设和正常运行提供科学支撑。