500kV全联合变电构架体型系数风洞试验及风振系数取值分析

以典型的500kV全联合变电构架为背景,通过风洞试验测试与有限元计算分析相结合,研究全联合变电构架的风荷载体型系数、风振系数的取值.分别制作了1/11的单根横梁模型和1/32的七跨全联合构架模型,测试了不同类型横梁的风荷载体型系数,并基于风洞试验得到的体型系数对全联合构架进行风振响应分析,计算了其风振系数取值.结果表明,A,B和C三类横梁体型系数测试值分别为2.23,2.35和2.18,比《建筑结构荷载规范》和《变电站建筑结构设计技术规程》取值分别大8%,14%和7%;阻尼比2%时,20m,26m和34m标高处横梁的风振系数分别为1.60,1.80和1.58,比《变电站建筑结构设计技术规程》的取值分别大7%,6%和5%,国内规范对此类结构的风荷载取值偏于不安全.     

地域典型强风作用下异型建筑风荷载分布研究

为了更加了解异型建筑表面风荷载分布规律和提高建筑抗风能力,采用计算流体动力学(CFD)方法,结合乌鲁木齐地区风环境特征,以异型建筑新疆大剧院为例,根据英联邦航空咨询研究会(CAARC)高层建筑标准模型的风洞试验和数值模拟对比,选择出最符合流场真实情况的可实现(Realizable)k-ε 湍流模型,研究了不同风向角下异型建筑表面的风荷载分布规律.研究结果表明:在采用Realizable k-ε 湍流模型的数值模拟下,新疆大剧院周围流场符合钝体绕流现象;在45°、90°和135°风向角下,因内外壳截面变化造成了建筑壁面体型系数的复杂分布;根据规范要求提出了新疆大剧院分区风荷载体型系数的建议值,可为类似异型建筑的风荷载取值和抗风设计提供参考.     

大长宽比平单轴光伏板风荷载试验研究

针对大长宽比的平单轴光伏板风荷载特性展开风洞试验研究，分别考虑了单体和阵列布置形式、0°至60°下7种光伏板倾角和7个来流风向，分析了光伏板的最不利来流风向、单体模型和阵列模型的风荷载分布，讨论了阵列布置时风荷载的干扰效应，与四个国家或地区的抗风规范进行了对比并给出了分区体型系数建议值. 研究发现：0°与180°为光伏面板阻力和倾覆弯矩的最不利风向；局部体型系数的分布及大小、绕转轴的弯矩系数和整体体型系数受到光伏板倾角及来流风向的影响. 对于绕转轴倾覆弯矩系数，小倾角的平单轴光伏板相对于大倾角的平单轴光伏板数值更大，对于光伏面板阻力，大倾角的平单轴相对于小倾角的平单轴光伏板更不利. 局部体型系数分布沿来流风方向呈现梯度变化，气流分离导致迎风拐角位置处的局部风荷载发生剧烈变化且出现极大值.     

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.     

建筑结构中的风载体型系数及体型设计

本文对建筑结构中的风荷载体型系数的国内外研究现状进行了阐述,列举了风工程目前的主要研究方法以及一些研究者的结论。另外本文还介绍了高层建筑的体型设计与风载的关系,如何科学合理的选择建筑体型从而使高层建筑结构在风载作用下更加安全可靠。     

水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究

为对水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计展开研究,首先阐释了水平地震作用下高层框架-剪力墙结构体系的动力特性,分析了风载作用下结构的风振响应及风荷载标准值计算方法.以某大厦为研究对象,从结构选型与布置、荷载标准值、主附楼之间的连接构造、基础的埋深、持力层的选择等方面对其展开结构设计计算,对结构自振周期、结构自振振型以及地震荷载或风荷载作用下产生位移结果展开了分析.研究结果表明:所研究建筑在水平荷载控制下,结构布置合理,变形满足要求,设计计算结果准确.     

三边形桅杆杆身风荷载特性风洞试验研究

应用高频测力天平技术,分别对有附属结构和无附属结构的三边形桅杆杆身进行了均匀流和两种紊流下的风洞试验,得到了桅杆的平均风力系数、均方根力系数和顺风向、横风向及扭转向风荷载谱.分析了雷诺数、紊流度、风向角、附属结构等对风荷载系数的影响,对比了试验体型系数和不同国家规范关于桅杆及其附属结构体型系数的规定.谱分析结果表明,顺风向风荷载谱和脉动风速谱的基本特征相同,横风向、扭转向风荷载谱主要由低频部分的紊流激励谱和高频部分的旋涡脱落激励谱组成,无附属结构模型旋涡脱落谱有一个峰,峰值折减频率在1.8左右,带附属结构模型在90°风向角下出现两个明显的旋涡脱落谱峰,峰值折减频率分别在0.9和2.2左右,探讨了格构式塔架旋涡脱落谱的特性以及附属结构对其的影响机理.     

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.     

青岛体育中心膜顶结构方案风荷载风洞实验

通过风洞实验研究了青岛体育中心膜顶结构方案的风荷载特性．实验是在模拟了B类地区的速度剖面下进行的,探讨了该膜顶结构的风荷载（包括时间平均风压,瞬时最大风压,瞬时最小风压和风压脉动均方很值）随来流风向角的变化规律．为类似的膜顶结构风荷载计算提供了有用的数据．     

拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

以某220kV输电线路拉线门塔为工程背景,通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析,通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数,模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程,采用Newmark-β法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应,并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明:拉线门塔在下击暴流作用下,立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4.6倍;拉线极值拉应力达到1 300 MPa以上,是常规B类风场作用下的2.5倍;且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主,导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明,中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文,但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的,而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.     

拟建高大建筑对邻近建筑整体风荷载的影响

基于一栋既有高层建筑的刚性模型测压风洞试验,讨论了邻近更高大的拟建超高层建筑及周边其他建筑对其整体风荷载的干扰效应.试验结果表明,当拟建超高层建筑处在上游时,遮挡效应一般会减小下游既有建筑的顺风向气动力平均值,但尾流旋涡脱落现象会导致下游既有建筑的横风向风荷载峰值显著增大,这可能使得下游既有建筑的原始结构设计偏于危险.     

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%。     

开孔门式刚架房屋风荷载试验研究

结合低矮房屋的导风研究,对一门式刚架房屋进行了开孔与封闭工况的风洞模型试验,分析了屋面风压的分布规律及开孔对屋面风压分布的影响.试验结果表明:开孔工况的平均风压与极值风压比封闭工况的均有所降低,具有一定的抑风效果.试验结果对低矮房屋基于气动措施的抗风设计具有较大的参考价值.     

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.     

并列建筑物周围风场的数值模拟

研究单体建筑物高度及并列建筑物高差及并列建筑物间距等因素对并列建筑物周围风场的影响．建立了10组不同的并列建筑群布局,计算采用标准k-ε湍流模型．数值计算得到各种布局下建筑群周围风场,并对它们进行了对比分析．结果表明,单体建筑物高度与并列建筑物高差、并列建筑物间距与单体建筑物高度差共同对并列建筑物周围风场产生影响．     

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．     

大型中心城市平均风速剖面特性的风洞试验

用缩尺模型模拟了上海市同济大学四平路校区所处城市中心区域WNW方向上1.8km×8.0km范围内的真实地貌,通过对该地貌及其衍生地貌工况的风洞试验研究了城市地貌特征、远场与近场地貌的差异以及地貌起点到观测点的距离对平均风速剖面和相关风场参数的影响。结果表明,在平均风速剖面发展稳定前,梯度风高度处于不断升高中,地貌起点距观测点的距离对其影响较大;地貌特征对风剖面的影响极大;研究范围内的大城市中心地貌的地面粗糙度指数达到0.50～0.75,远大于我国现行荷载规范给出的大城市中心地貌的地面粗糙度指数值0.30。建筑结构荷载规范中大城市中心地貌的地面粗糙度指数取值有待增大。     

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。     

基于构件损毁模拟仿真的沿海农村典型低矮房屋台风风灾易损性研究

中国地处西北太平洋地区,年均有7~8次台风登陆,台风大风经常给沿海建筑物造成损失,特别是缺乏抗风设计、质量较差的低矮房屋受风灾影响严重.分析加固措施、建筑材料、施工质量对房屋构件抗风性能的影响,建立沿海农村低矮房屋的易损性曲线有着重要的意义.本文基于风工程研究经验,首先设定了一种沿海典型低矮农村房屋的结构及其风结构特征参数;其次,开展了低矮房屋结构易损性的蒙特卡洛模拟,分别得到不同加固措施、不同容重、最不利条件下的屋面易损性曲线,以及不同砂浆强度、不同砌体容重和最不利条件下的墙面易损性曲线;然后,通过将房屋看作屋面、墙体等构件易损性曲线的组合,得到房屋不同破坏状态的易损性曲线,并基于不同破坏状态下的房屋平均损失率及构件在不同风速下的破坏概率得到房屋整体易损性曲线.沿海低矮房屋风灾易损性评估结果,可为沿海地区台风灾害损失评估提供定量依据.     

基于风振舒适度的高层建筑生命周期费用模型

根据感知结构在风荷载作用下振动的人数所占比例将超高层建筑舒适度性能水平划分为五个等级,并以结构水平振动加速度作为控制指标,建立了超高层建筑舒适度性能的评价方法。通过虚拟激励法进行频域分析求得结构在随机风荷载作用下的响应特性,获得一次强风作用下结构各性能水平的可靠度;考虑工程场地可能出现的风荷载水平得到建筑生命周期内各舒适度性能水平的可靠度;同时根据 “投资-收益”准则建立基于舒适度性能的超高层建筑生命周期费用模型;该模型可以考虑不同设计方案下的生命周期费用,并可依据生命周期费用最小原则进行投资决策,是基于性能的抗风设计的具体应用。利用该方法对某超高层建筑进行了调频质量阻尼器(TMD)安装与否进行了投资决策,说明了本方法的适用性。