开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验

基于同步测压技术,在同济大学tj-2建筑风洞中进行了单体矩形高层建筑的阻塞效应试验研究。对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%、10.1%的刚性建筑模型在低湍流均匀风场中进行了测压试验,对结果进行了对比分析。主要研究了阻塞效应对模型表面平均风压特性的影响。试验结果表明:在均匀流中,阻塞效应对模型迎风面平均风压系数的影响较小,除靠近角部测点外,影响幅度不足5%;阻塞效应使模型侧面、背风面和顶面平均风压系数降低较为显著,但平均风压系数分布规律没有明显变化。此外,基于风洞试验结果提出了均匀流中矩形高层建筑平均风压的阻塞效应修正公式。

目前超高层建筑结构风振分析常采用的是规范的简化理论方法和基于风洞试验方法频域方法,随着结构体型的复杂化或周边建筑对风场有明显干扰时,进行结构风振时程分析是更为简单直接有效的方法。本文通过编程实现生成风洞试验中风荷载时程数据并导入有限元分析软件进行结构的时程分析,获得整体结构位移、内力以及加速度时程等重要数据,为规范方法不适用的超高层建筑结构风振响应分析及舒适度评估提供了可行的方法。

某钢管混凝土框架混凝土核心筒超高层建筑,结构对风荷载十分敏感,风环境较为复杂。通过风洞试验研究了凹角矩形超高层建筑的风荷载特性;针对顺风荷载、横向风荷载以及扭转风荷载,对比了基于风洞数据和规范公式得到的结构反应,明确本工程规范公式的适用性;分析了采用风洞数据应用于结构设计的荷载组合,同时利用风洞试验数据进行风振时程分析,得到结构的舒适度评价,并与公式结果进行对比,为结构设计提供依据。

某钢管混凝土框架混凝土核心筒超高层建筑,结构对风荷载十分敏感,风环境较为复杂.通过风洞试验研究了凹角矩形超高层建筑的风荷载特性;针对顺风荷载、横向风荷载以及扭转风荷载,对比了基于风洞数据和规范公式得到的结构反应,明确本工程规范公式的适用性;分析了采用风洞数据应用于结构设计的荷载组合,同时利用风洞试验数据进行风振时程分析,得到结构的舒适度评价,并与公式结果进行对比,为结构设计提供依据.

风荷载是高层建筑的主要侧向荷载之一,鉴于越来越多的国外工程设计的要求,了解并掌握国际常用规范中风荷载的计算分析相关规定非常重要。结合超高层混合结构科威特中央银行总部大楼,对美国规范风荷载的相关规定及本工程的风洞试验进行介绍和研究,对类似工程的风荷载分析有一定的参考作用。

依据某超高层建筑,着重介绍了风洞试验的方法,描述了在考虑有、无环境建筑影响下,该高层建筑一些典型的表面风压特性以及一些测点风压随风向角的变化规律。结果表明:迎风面中上部风压系数较大,接近1.0;底部部分风压系数达到1.0;侧风面和背风面风压系数大多为负值,特别是靠近角落处由于涡旋脱落,其值可达到-2。环境建筑对该高层建筑表面风压的影响较大,特别在建筑中下部。为其进行结构设计提出一些参考。

本文设计制作了一外形，刚度，质量参数在一定范围内可调的通用超高层建筑多自由度气动弹性模，对其进行了一系列的风洞试验，并详细研究了风向，等因素对超高层建筑风致振动的影响，得到一和些具参考价值的结果，可供我国有关规范修订时参考。

将吸气流动控制技术应用在超高层建筑中,用以减小其风荷载和抗风性能是一项新兴的课题,然而现有的研究成果还停留在理论基础阶段,将此方法应用在实际工程中尚需试验的验证。为此文中设计了一套吸气控制系统,用以完成上部吸气控制下超高层建筑刚性模型的测压风洞试验,对今后开展此项研究工作的结构设计人员具有指导和借鉴作用。

在大气边界层风洞中模拟了b、c、d三类地貌的风场,对矩形和方形模型进行了风洞试验,分析了不同风场下矩形和方形模型的风压分布、顺风向脉动风压功率谱和风压空间相关性。结果表明：b、c、d三类风场下,平均风压系数逐步减小,脉动风压系数逐步增大,顺风向脉动风压功率谱峰值对应频率基本一致;顺风向脉动风压功率谱分布特征随高度变化不大;风压水平和竖向相关性随距离增加而减小;湍流度的增大使得迎风面水平和竖向风压相关性增大。

为了研究超高层建筑不同风洞试验方式结果的差异及原因,对某347m超高层建筑进行了刚性测压模型、强迫振动模型和多自由度气弹模型风洞试验,并将三种试验结果进行分析.对比了刚性测压模型与气弹模型的风致位移响应,分析气动阻尼比对位移响应的影响;同时对比了强迫振动模型与多自由度气弹模型在湍流场及均匀流场中气弹参数的差异.结果表明:刚性测压模型风洞试验在气弹效应不显著的情况下较为可靠而方便;当气弹效应较显著时,多自由度气弹模型的风洞试验结果更为真实;在均匀流场中,结构发生共振时,强迫振动模型的风洞试验结果有一定的参考价值,但在湍流场中,特别是不发生共振时,试验结果与实际情况存在较大差异.高层建筑强迫振动模型振动形式的不精确性会导致试验结果的失真,将强迫振动模型应用到实际高层建筑抗风时,其振动形式还有待改进.

分析了某高层建筑的多通道同步测压风洞试验。利用随机振动理论计算了结构等效静力风荷载,分析了风荷载随风向的变化关系,计算了结构顶部峰值加速度响应,对居住者舒适度进行了评价。

高层建筑横风向风振响应和等效静风荷载备受风工程和结构工程领域的关注。横风向风荷载产生机理复杂,一般认为主要来源于紊流、尾流及旋涡脱落和气动阻尼。横风向风振主要是旋涡脱落下的涡激振动,各国规范大都规定圆柱体横风向涡激振动是确定性振动,非圆截面要依据风洞试验确定。该文综合众多试验研究,提出了在准定常理论不适用情况下的随机振动分析方法,建立了超高层建筑的横风向等效静风荷载的计算模型。引入横风力谱,考虑气动阻尼,对某矩形截面建筑进行了等效静风荷载分析,并对相关参数进行了分析。分析结果表明,按随机振动理论建立计算模型是可行的,当计算横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性。

风洞试验是确定超高层建筑风荷载的主要方法之一。本文介绍了风洞试验的基本情况,包括风洞试验对大气边界层的模拟、风洞试验的分类、等效静力风荷载的计算过程等。着重于风洞试验过程中设计单位如何与风洞试验单位配合，风洞试验配合过程中的注意事项以及如何解读和运用风洞试验报告。最后，以某工程为例介绍了风洞试验配合具体过程以及风洞试验报告的应用。通过该风洞试验补充了规范关于该体型高层建筑风荷载的取值，同时也验证了此类双塔建筑的风荷载相互干扰，不可忽视。

风洞试验是确定超高层建筑风荷载的主要方法之一。本文介绍了风洞试验的基本情况,包括风洞试验对大气边界层的模拟、风洞试验的分类、等效静力风荷载的计算过程等。着重于风洞试验过程中设计单位如何与风洞试验单位配合,风洞试验配合过程中的注意事项以及如何解读和运用风洞试验报告。最后,以某工程为例介绍了风洞试验配合具体过程以及风洞试验报告的应用。通过该风洞试验补充了规范关于该体型高层建筑风荷载的取值,同时也验证了此类双塔建筑的风荷载相互干扰,不可忽视。

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。

为研究超高层建筑风致内压的干扰效应,在不同干扰工况下对一典型开洞超高层建筑进行了内压风洞试验.分析了不同截面宽度、不同高度施扰建筑干扰下的平均与峰值内压干扰因子的分布规律,并通过功率谱分析,研究了有、无干扰建筑时脉动内压的能量分布.结果表明:有、无干扰下的超高层建筑风致内压近似服从高斯分布;串列布置时,随着施扰建筑与受扰建筑的截面宽度比的增大,内压干扰因子逐渐减小;在并列布置且侧面开洞时,平均与峰值内压均呈放大效应,且干扰因子随着宽度比的增大而随之增加,峰值内压干扰因子最大值为1.33,此时若并列间距较小时,旋涡脱落共振峰值消失,但helmhohz共振峰值能量会被大幅提高;当串列布置且施扰建筑高度与开洞所在高度相近时,侧面开洞受扰建筑的峰值内压始终被放大,峰值内压干扰因子最大值为1.12.

以中华城商业社区高层建筑群为工程背景,采用rngk-ε湍流模型模拟了建筑群中超高层建筑的表面平均风压分布及周围风环境,计算了与风洞试验等雷诺数及增大来流风速和模型尺寸提高雷诺数后的两类雷诺数工况,并同风洞试验结果进行了对比。结果表明,在等雷诺数情况下,风洞试验和数值模拟得到的超高层建筑表面风压分布较为一致,数值差别在15%以内;数值模拟与试验雷诺数相差25倍的工况中,当多数建筑主轴向与来流风速成一定角度时,超高层建筑的风压分布及周围流场的数值模拟结果与试验较一致;当多数建筑主轴向与来流风速平行时,尾流中旋涡分布的数值模拟结果与试验差异明显,但平均风压分布的数值模拟与试验结果略显差别。

在边界层风洞中,用高频底坐五分量天平技术对caarc模型的荷载风振系数进行研究,并与用气动弹性模型测得的荷载风振系数进行比较,两者的结果相差不大。由于天平技术只考虑第一振型并且是线形振型的影响,所以用其测得的荷载风振系数仅仅是建(构)筑物顶部的风振系数,获得的一些结果可作为修订有关规范时参考。

矩形截面惯性矩及抗弯截面系数： 圆形环形截面抗弯模量及惯性矩公式： 抗扭截面系数：

基于单体高层建筑模型的尾流面积法,提出了适用于群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正方法.给出了群体建筑的流场模式和基本假定,推导了修正公式,将尾流面积法的适用范围推广到同时布置两个或多个建筑的阻塞效应的修正.利用均匀流中典型周边布置方案的等高双建筑和等高三建筑的风洞试验结果进行参数拟合,并在不同工况下验证了修正方法.该方法可在较高精度范围内满足工程项目的需要.

用缩尺比为1:300的刚性模型对巨型高层开洞建筑进行了风洞测压试验,研究了c类场地、16个来流风向条件下,模型各表面(包括洞口内部)的风压分布特性等,并确定了结构总体风荷载及最不利风向角.结果表明:洞口的设置减小了建筑物所受的总体平均风荷载,但并非洞口越大减小风荷载越多.在建筑物上部开洞,对减小基础所受弯矩非常有利,而在中上部开洞则对减小总体平均风荷载更为有效,并且当风向与开洞方向平行时基础所受的总平均风荷载最小.风荷载沿建筑高度的变化并非按规范中的规律分布,而是中上部大、两端小.

基于单体高层建筑模型的尾流面积法，提出了适用于群体高层建筑模型风洞试验阻塞效应的修正方法．给出了群体建筑的流场模式和基本假定，推导了修正公式，将尾流面积法的适用范围推广到同时布置两个或多个建筑的阻塞效应的修正．利用均匀流中典型周边布置方案的等高双建筑和等高三建筑的风洞试验结果进行参数拟合，并在不同工况下验证了修正方法．该方法可在较高精度范围内满足工程项目的需要．