国内外风荷载规范的评估和展望

以随机振动理论为基础，对结构顺风向风振，推导了准确合理的公式，在此基础上对我国最新的风荷载规范（GB50009－2001）及世界各国主要的风荷载规范（包括标准）进行分析和评估，研究认为采用沿结构高度不变的风振系数是不合理的，这种 方法意味着由脉动风引起沿高度变化的振型惯性力的规律与平均风引起沿高度变化的静力规律相同。算例显示了这种方法的误差。在讨论的基础上，对21世纪风荷载规范作出展望。     

矩形截面高层建筑横风向脉动风荷载特性

对不同厚宽比的矩形截面高层建筑模型进行了测压风洞试验﹒研究了横风向根方差升力系数、基底根方差弯矩系数、基底弯矩功率谱的基本特性﹒研究结果表明,根方差升力系数沿高度呈多项式曲线分布;基底根方差弯矩系数随厚宽比增大到一定值后变化不大;基底弯矩功率谱在厚宽比3时只有1个谱峰,厚宽比=3时在高频段时出现了第2个谱峰;峰值频率在厚宽比1时变化不大,此后随厚宽比的增大而减小;以厚宽比为自变量,拟合得到了相应的计算公式.     

高层建筑静力等效风荷载研究

静力等效风荷载是联系风工程师和结构工程师的纽带,在国内外的风荷载规范中都具有重要意义．文章系统地介绍了国内外对高层建筑静力等效风荷载的研究成果,阐述了各种静力等效风荷载的物理意义．比较了各自的优缺点,以供我国有关研究和设计人员参考．     

方形高层建筑顺风向层风力干扰特性

利用刚性模型测压试验,研究了受扰建筑层风力的干扰特性(所给出的是顺风向层风力干扰特性).研究了施扰建筑在不同位置时,受扰建筑的顺风向层风力沿高度分布情况,以及层风力干扰因子沿高度分布情况,得到了并列和串列工况的平均层风力干扰因子沿高度分布拟合公式.结果表明,随着施扰建筑位置变化,层风力沿高度分布规律会发生变化,干扰因子沿高度分布规律也会发生变化.顺风向平均层风力干扰因子在某些位置达到1.08左右,顺风向脉动层风力干扰因子在某些位置高达1.5以上.     

桥梁顺风向等效风荷载计算方法及其分布

桥梁等效风荷载一般被分为平均风荷载、等效背景风荷载和惯性风荷载 3部分 ,分别计算后再按一定的方式将其组合为总的等效风荷载 .对于惯性风荷载 ,一般可根据结构随机振动理论采用模态分解的方法计算得到各阶振型对应的惯性力 ,然后采用完全平方组合 (CQC)法或平方和开方 (SRSS)法将它们组合起来成为总的惯性风荷载 .对于背景风荷载 ,目前主要有荷载响应相关 (LRC)法和经典的模态分解法 .前者得到的背景荷载的分布形式与风压和结构响应的影响函数有关 ,而后者得到的分布形式则与惯性荷载相似 ,两者得到的结果可能并不相同 .这里主要研究LRC法和模态分解法 2种桥梁等效风荷载的计算方法 ,对 2种方法的区别和联系进行讨论 ,并给出风荷载 3个部分的组合方式 ,最后还给出了数值算例 ,进一步对不同计算方法和组合方式进行比较     

高层建筑背景静力等效风荷载分布

根据典型高层建筑模型的风洞试验结果,得到了脉动风荷载在高层建筑顺、横风向沿高度的分布规律及其相关性,对有关文献中多种背景静力等效风荷载分布规律表述方法的精确性进行验证;根据对比结果,拟合出具有不同几何参数的高层建筑背景静力等效风荷载在顺、横风向沿高度的分布规律公式,并验证.结果表明,所给出的典型高层建筑背景静力等效风荷载的分布公式精度高,简单适用,对修订高层建筑风荷载规范具有参考价值.     

中日澳风荷载规范中风荷载与风振响应的比较

基于中、日、澳3国规范中风荷载计算方法,分别对总高度为300 m、200 m的高层建筑顺风向和横风向风荷载进行分析,对比计算结果,利用中日规范对一实际工程风荷载及风振响应进行求解,与风洞试验结果进行对比,研究3国规范计算风荷载的差异与原因.分析结果表明:中国规范顺风向风荷载小于日本和澳大利亚规范,尤其在结构中下部,中国规范横风向风荷载在结构中下部大于日本和澳大利亚规范,在结构上部小于日本和澳大利亚规范,中国规范横风向风荷载与顺风向比值在结构中下部大于日本和澳大利亚规范,在结构顶部小于日本和澳大利亚规范,中国规范湍流度取值小于日本和澳大利亚规范,峰值因子的取值偏小.     

有限元方法在高层建筑结构风荷载分析中的应用

风荷载是建筑物的主要荷载之一,虽然其作用幅度比一般地震荷载小,但其作用频度却较地震荷载高得多。本文应用有限元方法对工程中常见的两种结构形式进行了风荷载的计算与分析,并得出相应结论。     

高层建筑风荷载计算中的基本振型表达式分析

通过对大量实测和计算数据的分析和拟合，得出了合理的高层建筑平动和扭转基本振型解析函数曲线，可为补充和修改我国高层建筑设计规范风荷载条文中的 振型表达式提供参考。同时，实例分析表明，在高层建筑的初步设计阶段，上述振型曲线在风荷载计算中的应用，可以提高计算精度。     

基于概率分析的高层建筑风荷载组合方法

基于高频天平试验和Copula Frank函数构建了高层建筑风荷载两正交方向分量效应的联合概率分布函数,并基于应力准则和考虑变量之间的相关性,求解具有一定保证率的风荷载组合系数.最后,将采用本文组合方法、Solari组合方法和Asami组合方法得到的总效应与真实的总效应进行对比.结果表明,本文方法给出的组合系数可使风荷载的总效应与真实值趋于一致,传统组合方法计算得到的风荷载总效应过于保守.     

粗糙条对某超高层建筑风荷载影响的风洞试验研究

超高层建筑外幕墙围护结构的骨架等粗糙条构件,会改变建筑表面绕流形态,从而对风效应产生影响,但目前我国建筑结构荷载规范中尚缺乏相关规定。文中以某典型超高层建筑项目为研究对象,对建筑模型表面设置粗糙条与去除粗糙条两种工况进行刚性模型同步测压试验对比研究,通过分析建筑模型表面风压系数、基底倾覆弯矩和体型系数等风荷载特性的变化,以研究建筑表面粗糙条对超高层建筑结构风荷载的影响规律。研究表明：设置粗糙条对建筑表面极值正压影响不大,但会显著降低建筑表面极值负压绝对值、最大降幅约39.8%,将显著影响建筑角区及侧风面,使建筑侧风面的平均和脉动风压系数显著减小、最大减幅分别为24%和30%,整体上,设置粗糙条有利于建筑围护结构的抗风设计。设置粗糙条会影响结构整体风荷载,在0°正吹风向角下,粗糙条会使建筑沿层高分段风荷载体型系数略微增大、最大增幅约为8%,使塔楼基底绕X轴的倾覆剪力和倾覆弯矩略微增大、增幅分别为4.9%和6.0%;设置粗糙条对建筑顶部峰值加速度极值出现的风向角有影响,且可降低峰值加速度幅值,降幅约为7.91%。     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

周边建筑对低矮建筑平屋盖上风压的干扰效应

通过刚性模型测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了周边建筑的建筑面积密度对目标建筑平屋盖风压系数分布状态的影响规律.试验结果表明:当低矮建筑被同外形、同高度的周边建筑包围时,随着周边建筑面积密度的增大,被包围建筑屋盖上斜风导致的锥形涡将逐渐消失,屋盖上不同部位的负风压极值将逐渐减小并趋于均一;当周边建筑面积密度分别为0.1,0.3和0.6时,被包围建筑屋盖上的最大负风压可分别减小为孤立建筑的80%,30%和20%.     

椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合,拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

矩形截面高层建筑立面上面风压极值的尺度折减系数

通过一系列刚性模型测压风洞试验,研究了矩形截面高层建筑立面面风压极值的变化特征,并与我国建筑结构荷载规范GB 50009—2012中的相关规定进行了对比,分析了受压面的面积、水平尺度及竖向尺度的影响,给出了更合理的尺度参数。试验结果表明,随受压面尺度的增加,面风压极值逐渐减小,当足尺面积达到50 m²时,面风压正极值的尺度折减系数在0.9左右,而负极值的尺度折减系数在0.8左右。我国建筑结构荷载规范对围护结构风荷载的尺度折减方法将导致面风压极值的低估,尤其是面风压正极值。以作用面面积、对角线长度和宽度作为尺度参数描述面风压极值折减系数的变化规律都不合理,建议采用以受压面的水平尺度b、竖向尺度h和整个建筑迎风面宽度B确定的综合尺度参数(b^0.85h^0.15/B)来描述建筑立面上面风压极值的尺度折减系数的变化规律。     

基于风致响应的高层建筑等效静力风荷载优化设计研究

针对高层建筑等效静力风荷载的优化问题,提出一种结合风洞试验结果和有限元分析的整体优化方法.首先采用有限元分析程序计算结构动力特性,结合相应模型的风洞试验结果,运用阵风荷载因子法(GLF)计算得到原型结构的等效静力风荷载.然后利用ANSYS的优化工具箱,以高层建筑顶部位移限值为约束条件,建筑物自重最小为目标函数进行优化设计.最后,运用整体优化方法对某60层钢框架结构进行优化设计.结果表明:整体优化后,在满足结构顶部侧移要求的前提下,结构基底等效静力风荷载最大降低了10.71%.同时优化分析结果也证明了本文提出的整体优化方法是可行的.     

中美日三国规范高层结构风荷载标准值对比

世界各国规范对高层结构的顺风向风荷载标准值都取多参数表达的计算式,各参数取值的差异最终反映到荷载标准值的大小.以参数分析为基础,对亚太地区具有代表性的中美日三国荷载规范关于普通高层结构顺风向风荷载标准值的取值原则和计算思路进行了对比.研究了基本风速、风剖面、紊流度、脉动效应系数等各参数的取值以及各参数间的相互影响,分析...     

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。