高层建筑结构设计中风荷载的探讨

随着现在建筑美学的发展和使用功能的要求,现代建筑结构朝着高层和大跨度的方向发展。因此在结构设计中风荷载越来越重要,有时至起决定性的作用。本文主要阐述作用在结构上的风压、风力和风振系数、复杂高层建筑和大跨建筑结构风振系数和风振响应的精确方法以及风洞试验数据的处理方法。     

群体高层建筑风荷载干扰的研究现状及展望

群体高层建筑的风荷载和响应的干扰效应是建筑结构抗风研究和应用中十分关注的问题 .为此 ,总结了大量国内外文献的研究工作 ,包括作者进行的上海金茂大厦风洞实验的部分研究成果 ,系统介绍了群体建筑风荷载干扰的研究历史、研究状况、取得的主要成果和规范应用情况 ,以及当前的研究方向 ,以供我国有关研究和设计人员参考     

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.     

高层建筑顶部悬挑飘板幕墙风振响应分析

越来越多的高层建筑在其顶部设置了外形美观的悬挑飘板幕墙。本文采用频域内的风振响应谱分析方法,对高层建筑顶部悬挑平飘板幕墙简化模型的风振响应进行了分析,探讨了水平脉动风速谱、飘板所处高度和飘板刚度三个参数对其结构位移风振响应及风振系数的影响,以供实际工程设计参考。计算结果表明：不同风速谱计算所得风振响应相差较大,最大达到113.2%,风振系数相差较大,最大达到60.1%,;不同飘板高度所得风振响应相差较大,最大达到80.0%,但风振系数相差不大,在17.0%之内;不同的刚度所得风振响应相差较大,最大达到22.5%,但风振系数相差不大,最大仅为1.5%。     

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。     

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．     

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.     

高层建筑风荷载高频测力天平试验技术

风荷载是高层建筑物的主要侧向控制荷载,准确地测量作用于建筑物上的静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应具有重要的工程意义,为此,采用目前国内外应用最广泛的高频动态天平技术对重庆某高层建筑的模型进行了风洞试验,研究了风荷载及其特性,给出了该建筑物在不同风向角的风荷载作用下产生的基底力与力矩系数,为该建筑物的结构抗风设计提供了依据．     

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.     

基于层内力等效的偏心高层建筑三维等效静力风荷载

对于质心和刚心不重合的偏心高层建筑,由于结构三维振型耦合与气动力耦合等因素的影响,其等效静力风荷载的评估变得十分复杂. 基于振型加速度法,推导了考虑三维气动力耦合和振型交叉项贡献的偏心高层建筑各层拟静力项和惯性力项内力（剪力和弯矩）响应计算方法. 在此基础上,基于各层内力响应等效,建立了能合理反映荷载沿高分布信息的结构三维等效静力风荷载评估方法. 随后,结合3种典型矩形截面高层建筑刚性模型测压风洞试验,分析了荷载相关性、结构偏心率和截面长宽比对偏心结构三维等效静力风荷载的影响. 研究表明：对于偏心截面高层建筑,振型交叉项和荷载相关性对结构风致响应与等效静力风荷载的贡献不可忽视,若忽略两者则会低估偏心高层建筑三维等效静力风荷载,特别是扭转向等效静力风荷载. 此外,偏心率和截面长宽比同样影响偏心高层建筑等效静力风荷载的大小和分布情况. 相关研究可为偏心高层建筑的抗风设计提供一定的指导.     

国内规范风荷载取值比较及输电塔抗风研究

对《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》（文中尚称《线路规程》）和《建筑结构荷载设计规范》以及《高耸结构设计规范》的风荷载取值作了简单的比较,对规范的适用性做了讨论。     

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.     

高层建筑物表面风荷载数值模拟研究

建筑物体复杂外形的绕流数值模拟在确定高层建筑物体风荷载中有重要的作用,此研究以FLUENT软件为平台,采用基于Octree技术的方法生成非结构四面体网格,求解压力用耦合方程组的半隐式方法进行,利用此方法对高层建筑风荷载进行了数值模拟,收到较好效果。     

大型储气结构设计风荷载的确定

对某大型煤气柜进行了风洞试验,测量出其在模拟大气边界层紊流下的风压系数分布．考虑相邻柜 体不同高度对其风压系数分布的影响,获得影响放大系数．根据煤气柜体结构的动力特性特点分析讨论了 其动力风荷载的确定,从而确定了其结构设计时的风荷载．分析表明,该类大型储气结构的风压分布和体 型系数与我国现行规范有关圆型柱体结构的规定有明显的差异．通过比较分析不同国家规范对动力风荷载 的算法,获得了对于煤气柜考虑风振及动力风荷载的影响系数．     

风荷载作用下高层建筑结构的随机振动分析

选用Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ建议的风荷载谱,以固定界面的模态综合法建立了在风载作用下高层建筑结构振动的有限元方程,在风载作用下给出了计算高层结构的位移、转角、弯矩、侧向力的方法。编制程序对某４０层的建筑进行了具体的响应计算。     

Y形平面高层建筑风荷载研究

介绍了Y形平面高层建筑结构刚性模型在均匀流场和紊流场中三种风向角下的三维风荷载风洞试验结果，分析了Y形平面建筑物三维风荷载的数值模型，获得了一些对工程设计有参考意义的数据和结论．     

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。     

基于改进大涡模拟模型的风荷载验证

为了获得与近地大气边界层实际脉动风场特征相一致的三维脉动风速,文章首先应用DSRFG(Discretizing and Synthesizing of Random Flow Generation)方法,模拟生成计算流体动力学中大涡模拟算法所需的模拟入口边界脉动风速时程,然后采用改进的动态一方程模型作为大涡模拟的亚格子模型,计算长宽高为1∶1∶3的高层单体矩形建筑在0度风向角下的风荷载分布及特性,并与日本TPU风洞试验进行了对比.结果表明:1当高层建筑长宽比(B/D)=1时,扭矩的能量主要来自涡旋脱落而不是入口湍流的影响;2DSRFG结合改进的动态一方程模型能够较为准确地模拟得到高层建筑表面的平均及脉动风荷载特征.此方法有望应用到实际高层建筑风荷载评估中.     

山地风场中圆形截面超高层建筑风荷载谱

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。     

某高层建筑风环境风洞试验研究

介绍了在风洞中进行的某高层建筑风环境的模拟试验 ,行人高度风速的测量和数据处理方法 ;并分析了该高层建筑的风洞试验结果 ,结果表明 ,该建筑的风环境基本上满足舒适性条件 .