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．     

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.     

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.     

三并列方柱风荷载特性的试验研究

研究了三并列正方形截面柱体在不同地貌下的动态风荷载和局部风压分布特性。结果显示，对称并列布置的两个柱体可以显著地干扰并增大被扰结构的动力荷载，在B类地貌下且间距比为3．2时，可以使横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子分别增至4．56和1．36，并且并列三柱体间的干扰效应明显高于双柱体并列的情况。在B类地貌下，三柱体配置的横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子值要比相应双柱体并列布置的分别高出109％和6％。粗糙化地貌的高湍流度气流对结构的旋涡脱落有明显的干扰作用，故在高湍流度流场，相应的干扰因子大大降低，但在D类地貌中，试验观测到的横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子仍分别有1．66和1．12。     

高层建筑顺风向动力干扰效应的试验研究

采用高频动态天平技术和气动弹性模型技术对两个形状相同的方形截面高层建筑的顺风向动力干扰效应进行了风洞实验研究，两种实验方法所得的结果具有良好的一致性，最后应用人工神经网络方法对试验结果进行了模拟和推广，给出了顺风动力干扰因子的等值线图，可供规范参考。     

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。     

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。     

顶部透空构件的模拟及对高层建筑风荷载的影响

对于高层建筑而言,受风洞自身尺寸的约束,试验模型通常采用较小的几何缩尺比。对于顶部百叶窗,尺寸小且布设面积大,以较小的几何缩尺比无法实现完全真实模拟。寻求一种既可以满足科学研究及工程建设精度要求,又简便易行的模拟方法,成为了当前该类建筑风洞试验模拟的改进方向。对一实际变截面超高层建筑,分别以不同的几何缩尺比和顶部透空率,进行了局部及整体模型风洞试验。基于不同透空率的顶部透空构件天平实验所得平均压力系数表明,透空率的差异可以改变建筑表面的风荷载分布情况且通过透空率相似的小几何缩尺比来代替大比例模型进行风洞试验是可行的。基于顶部透空率不同的整体天平试验的风振响应计算同样显示,顶部透空构件透空率的差异可以较明显的改变建筑物的风致振动响应。对选定透空率的顶部透空构件的天平试验与下部主体结构的测压试验进行整合风振计算,结果表明该计算结果与对应顶部透空率下的常规整体天平试验风振计算响应基本一致,从而说明通过下部主体结构刚性模型测压试验及顶部透空构件高频天平试验来实现高层建筑整体综合风洞试验的模拟方法是可行的。     

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。     

高层建筑风致静力干扰效应的试验和数值研究

首先采用测力天平模型风洞试验研究了2栋高层建筑间的静力干扰效应,得到2个相同的方形截面建筑在不同相对位置时的静力干扰因子Fm.然后基于Fluent 6平台采用RNG(renormalization group,重整化群理论)κ-ε湍流模型,计算了D类地貌风场中2栋高宽比均为6的方形高层建筑模型(10 cm×10 cm×60 cm)在串列、并列和偏置状态下的静态三维流场和风荷载;并与风洞试验得到的静力干扰因子进行了比较.结果表明,数值模拟方法是研究建筑物静力干扰效应的一种有效途径,相对于试验方法,数值模拟更具有优势.     

3个不同高度高层建筑间的横风向动力干扰效应

试验分析了5种不同高度比情况下3个任意排列高层建筑间横风向基底弯矩响应的动力干扰效应,结果显示2个施扰建筑的协同作用会产生远高于单个施扰建筑的干扰效应.对3个建筑物间的包络干扰因子(FEI)分布提出了有效的简化表示方法,解决了三建筑物间干扰效应难以表示的难点.采用神经网络、统计方法对不同参数配置的FEI分布进行了分析,发现不同高度比配置以及不同地面粗糙度类别下的FEI分布存在较为明显的相关特征,并由此得到了可以反映不同参数对FEI分布影响的定量关系,大大简化了考虑多参数干扰效应所得结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.     

建筑结构风荷载干扰效应的试验研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。采用测压刚性模型风洞试验研究了两个高层建筑间的风荷载干扰效应,得到了两个相同的矩形截面建筑在不同相对位置时受扰建筑各表面的风压系数变化规律。所得结果对结构的抗风设计有指导意义。     

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．     

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%.     

周边建筑对体育馆屋盖和幕墙风荷载的干扰

分析张家界体育中心体育馆的风洞测压数据,分别考虑无周边建筑和有周边建筑2种情况,以屋盖和幕墙的风压为研究对象,研究周边场馆对屋盖和幕墙风荷载的干扰影响;采用干扰因子分析法和多阶模态力法分析屋盖等效风荷载.分析表明:在干扰影响下,屋盖峰值负压的干扰因子达到1.5,峰值正压的干扰因子达到5;干扰影响下的幕墙最不利风压集中位置为干扰体周边的幕墙凹陷处和干扰体周边的幕墙拐角处.     

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．     

两并列方形高层建筑局部风压干扰特性

对2个并列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验.根据试验结果,分析了施扰模型高度变化以及相对位置变化对受扰方形高层建筑表面局部风压的影响.结果显示,高度比固定、间距比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面和外侧面均随间距比的增大而减小,间距比等于2时,狭缝面的脉动风压放大较为显著,在前缘棱边的上端角部处为2.2,在迎风面和背风面则随间距比的增大而略有增大.间距比固定、高度比变化时,平均和脉动风压系数干扰因子最大值在狭缝面、外侧面和背风面均随高度比的增大而增大,狭缝面脉动风压增大最为显著,局部达2.7,在迎风面则受高度比变化的影响较小.