复杂连体双塔高层建筑的风荷载特性

通过风洞试验研究了具复杂截面的连体双塔高层建筑的风荷载特性,并进行了单塔试验比较.将风压沿截面进行积分求出沿坐标轴方向的合力,然后反算为沿坐标轴方向的整体体型系数.结果表明:风压沿高度变化不大,整体体型系数沿高度递减;单塔最大体型系数对应的风向角偏离坐标轴15°;就双塔连线方向(x向)体型系数而言,上游塔略小于单塔情形,下游塔小于单塔的50%,垂直双塔连线方向(y向)体型系数略小于单塔y向,连体部分的y向体型系数约为2.0,x向为零.分析认为:上游塔对下游塔的遮挡作用使下游塔整体体型系数减小,下游塔降低了上游塔尾流的速度和背面负压,也使上游塔整体体型系数略为减小;但是由于尾流的复杂化,上下游塔局部风压比单塔有所增大.综合分析试验结果,文中最后提出了类似工程的风荷载取值建议.     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

不同长宽比矩形截面高层建筑的风荷载研究

针对矩形截面高层建筑的整体风荷载,进行B类地貌7种长宽比建筑的测压风洞试验,分析各测点层的体型系数随风向角和高度的变化,研究整体体型系数随风向角和长宽比的变化,最后将试验结果与规范值进行比较.研究表明:垂直长边方向的体型系数最大值出现在正迎风角度;垂直短边方向的体型系数最大值出现在正迎风偏20°角度.垂直短边方向的体型系数随着长宽比的增大而减小.试验获得的整体体型系数随深宽比的变化趋势与规范一致,但数据上有偏差.当深宽比不大于1时,部分试验数据大于规范值,最大值出现在深宽比1∶2工况;当深宽比大于1时,试验数据小于规范值.     

基于CFD保亿中心风荷载三维稳态数值分析

采用Realizable k—ε湍流模型,对处于B类地貌的保亿中心的两栋体型复杂具狭缝效应的A、B高层建筑方案,进行风荷载的CFD数值分析.通过网格划分,边界条件、非平衡的壁面函数法近壁面处理,利用fluent软件提取建筑物表面各测点的风压以及其周围的流场分布,进而得出大楼截面的风荷载合力,给出B座大楼沿X,Y轴方向的层体型系数,供主体承重结构设计参考,确保保亿中心结构抗风设计的安全、经济、合理.     

低空封闭连廊的表面风压和整体体型系数

采用刚性模型测压风洞试验研究低空封闭连廊的风压分布和整体体型系数,分析连廊4个表面测点的体型系数和非高斯分布特性,研究连廊整体体型系数随风向角和连廊长度的变化,给出低空封闭连廊的正迎风整体体型系数和角度风分配系数,基于极值分析方法给出连廊的全风向极值风压系数,最后给出连廊抗风设计的建议值.研究表明,低空封闭连廊在正吹情况下背风面的体型系数约为-1.04~-0.86,绝对值均大于规范中方柱的-0.6,导致连廊的整体体型系数大于规范中方柱的1.4,30 m长低空封闭连廊的整体阻力系数为1.61;正吹情况下连廊中间截面的整体体型系数大于其他截面,正吹风向角的整体体型系数大于其他风向角,连廊越长正迎风整体体型系数越大;在正吹情况下,连廊迎风面风压主要为高斯分布,其他表面主要为非高斯分布;给出正迎风整体体型系数和角度风分配系数以用于低空封闭连廊主体结构的抗风设计.     

角钢输电塔杆件风压及体型系数的风洞试验研究

以220 kV角钢输电塔为研究对象,设计制作了1:2.5的大比例刚性节段模型,在均匀湍流场中进行同步测压风洞试验,获得了输电塔主材、斜材和辅材杆件的风压分布规律和体型系数沿杆件展长的分布.归纳了风荷载对塔身各杆件的作用特点以及体型系数随风向角的变化规律.对于角钢杆件,当角钢内角迎风时,阻力系数与升力系数均较大,杆件处于双向受力状态.对整塔段的体型系数进行了试验值和国内外规范取值的对比.结果表明:按我国规范取值偏小,试验值与国外规范取值接近.     

稳态冲击风作用下高层建筑风荷载特性试验研究

雷暴冲击风风场与大气边界层风场差异较大.为研究雷暴冲击风作用下高层建筑风荷载特性,采用静止型冲击射流装置模拟稳态雷暴冲击风风场,进行高层建筑刚性模型测压试验,讨论了不同径向位置处高层建筑局部和整体风荷载时域和频域特性.结果表明:建筑表面平均风压最大值出现的位置与径向风速峰值一致.同时,迎风面风压最大值出现在底部,明显不同于大气边界层风场中最大值靠近顶部位置的风压分布特性;径向层风荷载均值最大值出现在建筑中部,横风向和扭转向层风荷载均值为0.径向和横风向层风荷载谱沿高度不变,而扭转向层风荷载谱沿高度变化明显.     

切角矩形断面高层建筑风压特性试验研究

针对切角矩形断面高层建筑体型复杂且其风压特性无法通过建筑结构荷载规范直接选取的现状,以某一变宽度切角矩形断面高层建筑为研究对象,在考虑周边复杂建筑风环境的影响下通过刚体模型测压试验研究了建筑模型表面风压系数和体型系数,并讨论了切角矩形断面高层建筑局部风压随风向角和高度的变化规律。结果表明:切角矩形断面高层建筑表面风压特性与常规矩形断面高层建筑基本一致,垂直来流的标准迎风面的平均风压系数为正值,且随着高度增加而增加;斜迎风面与来流方向呈45°时风压系数和规范值差距较大,正负值符号与斜切面与正立面宽度比有关,并给出了最大宽度比为1/8时的取值结果;侧风面和背风面为负压区,背风面平均风压系数约为侧风面的1/2;最大脉动风压和最小平均风压均出现在边角切面处。周边建筑对该高层建筑中下部表面风压的影响较大,个别侧风面受此干扰风压分布无明显规律可寻。     

X型超高层建筑的三维风荷载及风振响应

以某X型超高层建筑为工程背景,研究了该超高层建筑顺风向、横风向以及扭转风荷载系数沿高度方向的分布规律.以质量和刚度相同、动力特性相近为原则使用简化的自由度缩聚模型代替结构精确有限元模型,计算结果显示结构位移与加速度响应均以一阶模态响应为主,该模型代替精确有限元模型能够满足工程计算需要.对质量中心和刚度中心重合的结构,扭转加速度响应在合加速度响应中占有的比例较小,结构在3个方向上振动的耦合程度不高.提出的合成位移投影方法计算出的沿坐标轴方向的风振系数能够保证X和Y方向最大位移与合成位移最大值的同步性,并考虑了横风向风振的影响略大于顺风向风振系数.     

超高层建筑风压的幅值特性

对方形、矩形、三角形及Y型等10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，获得了模型表面的平均风压和脉动风压系数．详细讨论了风场和风向角对风压系数空间分布（不同高度分布，同一高度不同侧面上不同测点的风压分布等）的影响．结果表明：建筑物迎风面处于正压区；而侧面和背风面是负压区；D类风场的平均风压系数和B类风场中相近，但根方差风压系数要大很多；迎风面的平均风压系数随高度变化基本服从2α分布；三角形和Y形模型的风压系数小于方形和矩形模型．     

运行状态下超大型冷却塔内表面风荷载的数值模拟研究

对运行状态下的某超大型双曲冷却塔的内表面平均风压进行了CFD数值模拟.在计算流体动力学软件基础上进行二次开发,采用DPM模型结合UDF函数方法加入源项来研究某超大型冷却塔内表面平均风压分布;塔中水相采用了拉格朗日方法模拟,而空气相采用欧拉方法模拟,较好地实现了冷却塔运行状态下的内外流场计算及其与传热传质的耦合计算,分析了运行状态下冷却塔横风向来流时的内压分布规律.无侧风工况下计算结果显示,塔运行过程中的内表面压力对称性良好,出水温度与实测结果相符,验证了本文提出的塔运行过程中的传热传质计算方法的正确性.侧风工况下得到塔内压力系数沿高度方向相应变大,而沿纬向变化不明显.同时讨论了中国规范对内表面压力系数的取值不完善之处,给出了建议取值,为超大型冷却塔设计过程中的内压计算提供方法和依据.     

±800 kV悬索拉线塔静力稳定性研究

针对±800 k V悬索拉线塔立柱的静力稳定性问题,首先基于广义变分原理推导斜拉线的等效弹性模量公式,然后根据应变能相等得到了立柱的等效截面属性,再根据悬索拉线塔立柱的受力特点,将其简化为下端铰接、上端弹性支撑的等截面压杆,最后基于压杆稳定理论得到拉线塔立柱的计算长度系数μ与初始预拉力和风速的关系.研究结果表明:背风侧立柱在垂直线路方向以及迎风侧立柱的静力计算长度系数可取值为1;风荷载及初始预拉力对背风侧立柱沿线路方向的静力计算长度系数有较大的影响,当初始预拉力较小时,其静力计算长度系数随风速的增大而迅速地增大,但当初始预拉力超过某值之后,背风侧立柱的静力计算长度系数受风速的影响较小.     

方形截面高层建筑间气动干扰对其驰振稳定性的影响

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.     

1000kV特高压变电构架风荷载及风致响应

1000kV特高压变电构架高度大、频率低,其风荷载及风致响应对结构设计起控制作用。本文通过高频天平测力风洞试验获得1000kV特高压变电构架塔架节段（A~D节段）、横梁和整体模型的基底剪力和弯矩,分析地貌类型和风向角对体型系数的影响规律,并与国内外相关规范进行对比分析,利用有限元方法计算结构风致响应并详细考察不同地貌下结构位移响应及风振系数随风向角的变化规律。研究结果表明:0o风向时,模型节段A~D三类风场（均匀流、A类和B类）体型系数之比分别为1:0.93:0.42、1:0.86:0.36、1:0.84:0.41和1:0.60:0.23。90o风向时,整体模型在三类风场下的体型系数均取得最大值3.40、2.42和0.97,比DL/T 5154-2012和ASCE7-16规范值大24%~40%。此外,结构塔顶位置X和Y方向位移响应均方根值分别在90o和0o达到最大值69.66mm和61.51mm,塔顶典型节点X和Y方向风振系数分别在0o和90o风向取得最大值2.61和3.27。     

建筑群不均匀性对拖曳力影响的风洞测压实验

针对建筑群不均匀性缺乏系统的研究方法以及多数处于定性研究的现状,从建筑几何结构的形态学角度出发,采用迎风面积指数、平面面积指数、形状指数和综合非直线系数表达建筑群的不均匀性.风洞实验中采用刚性模型测压的方法进行建筑表面压力的测量,并设计了悬浮实验平台直接测量整个区域所受的拖曳力.实验结果表明,分布在较大平面区域内各建筑的单体拖曳力系数沿风向的变化趋势近似为一条热容模式的衰减曲线;利用有代表性的建筑表面压力测量结果求取的整个区域拖曳力系数和基于拖曳力直接测量的拖曳力系数具有相同的趋势,但普遍大10%~20%;对比可知,地面粗糙度改变对模型表面风压差系数的分布影响不显著,综合非直线系数为1.332 5的工况较1.177 5的工况拖曳力系数减小约17.7%,H型建筑表面风压差系数分布与矩形建筑不同,其对气流的强烈作用造成拖曳力系数约34.6%的增加.     

风-雨共同作用特大型冷却塔表面风荷载与作用机理

强风暴雨极端气候条件下,暴雨会直接影响塔筒表面气动力并改变脉动风的湍流特性,而传统研究大多仅关注风单向驱动雨对于结构表面的冲击力.为解决该问题,针对中国已建成的高为210.0 m的超大型冷却塔,首先基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)手段采用连续相和离散相模型分别展开风、雨场的模拟计算.在此基础上,揭示风雨场雨滴运行速度和轨迹的作用机理,并针对9种不同风速和降雨强度组合的塔筒内、外表面风雨荷载,雨压以及等效压力系数等展开定性和定量的对比分析.提出的超大型冷却塔风雨等效内、外压系数可以很好地预测此类极端条件下的表面荷载取值.     

特大型冷却塔单塔内表面风荷载三维效应及其设计取值

通过刚性模型测压风洞试验获得某核电站220m高特大型冷却塔的内表面风荷载,分析冷却塔内表面风荷载的三维效应,采用有限元计算方法对内压设计取值简化进行探讨,并对结果产生的原因进行分析.结果表明,冷却塔内表面风压并非完全沿环向、高度均匀分布,这种不均匀性以风筒施工期间的空塔尤为严重;尽管内压的大小及分布特征会对响应产生一定的影响,但由于冷却塔的风致响应中以外压占主导地位,内压对响应的贡献较小,将具有"三维效应"的内压简化为沿高度、环向不变的常数进行设计可满足安全性要求,大小可取为-0.50.研究结果可为200m级特大型冷却塔设计内压取值和相关规范修订提供参考与依据.     

均匀风场中高层建筑平均风力的阻塞效应

以联邦航空咨询委员会协调人会议(CAARC)高层建筑标准模型为例,在同济大学TJ-2建筑风洞中进行了矩形单体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%的建筑刚性模型在均匀风场中进行了测压试验.主要研究了阻塞效应对模型平均风力特性的影响.研究结果表明:在均匀来流中,建筑各层的平均阻力系数随着阻塞度的增加而增大,但阻力系数沿高度的分布规律没有显著变化;顺风向平均基底弯矩系数随着阻塞度的增大显著增大.最后,基于试验结果提出了平均阻力系数和顺风向平均基底弯矩系数的阻塞效应修正公式.     

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系风振响应及减振控制

为研究风荷载作用下考虑土与结构相互作用(soil-structure interaction, SSI)对输电塔-线体系的动力响应与减振控制的影响。根据实际工程,建立输电塔-线体系模型和桩-土-输电塔-线体系模型,然后分别对软土条件下考虑SSI效应的输电塔-线体系和刚性地基的输电塔-线体系进行风振响应分析。将多个粘滞阻尼器安装在考虑SSI效应的输电塔上,对输电塔风致振动进行控制。研究结果表明：考虑SSI效应后,输电塔的位移响应明显增大,其中塔身代表节点的位移最大值、均方根值分别增大64.73%、79.09%,塔身和塔腿的轴力响应减小。阻尼系数相同时,速度指数为0.3的阻尼器对输电塔风振控制效果最好。速度指数相同时,阻尼系数越大塔顶位移响应和塔身单元的轴力响应越小。速度指数为0.3,阻尼系数低于30 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔顶节点的位移控制效果差距明显,阻尼系数小于15 000 kN·(s/m)^0.3时,不同阻尼系数的阻尼器对塔身单元的轴力控制效果差距明显。