超高層建筑三維風荷載特性及氣動抗風措施研究

風荷載是超高層建筑的主要控制荷載，而風荷載作用下超高層建筑的橫風向風致效應往往又是這類結構設計中的控制因素。目前，雖然對順風向風荷載特性的理解較為完整，但是，由于橫風向、扭轉向風荷載形成機理復雜，迄今為止尚未形成被普遍接受的超高層建筑三維風荷載分布特性和理論描述，這制約了超高層建筑抗風設計理論的發(fā)展。本項目擬從鈍體空氣動力學原理入手，采用風洞試驗與數(shù)值模擬相結合的方法，對紊流激勵、尾流激勵、氣彈激勵等不同機制對超高層建筑三維風荷載的影響進行精細化分析，建立具有普遍意義的典型超高層建筑三維風荷載模型。在此基礎上，系統(tǒng)研究超高層建筑各類氣動抗風措施的作用機理，確定氣動抗風措施對超高層建筑三維風荷載特性的影響，提出具有普遍意義的典型超高層建筑氣動抗風措施。期望通過本項目的研究，能對我國超高層建筑抗風設計理論的發(fā)展起到一定推動作用。 2100433B

低矮房屋在風災中破壞所造成的損失超過總損失的半數(shù)，而其破壞往往是從表面圍護體系的破壞開始的，改善建筑物外形是解決低矮房屋抗風問題的最有效途徑。選擇我國東南沿海強臺風區(qū)具有我國地域和民族特征的的典型民居建筑，通過一系列的風洞模型試驗，系統(tǒng)研究其表面的風荷載分布特征，為荷載規(guī)范中相關條文的修訂提供參考；采用CFD數(shù)值模擬方法，對風洞試驗中應用的部分典型建筑風荷載進行計算并與之對比；在此基礎上，利用數(shù)值模擬方法方便變化參數(shù)的優(yōu)勢，深入分析各種屋檐構造特征（女兒墻、挑檐和檐口形狀）對低矮房屋屋面風荷載的影響，提出有效的抗風措施；研究屋面關鍵部位（角部、邊緣和屋脊）的脈動壓力的非平穩(wěn)性以及分布特性，提出峰值壓力的合理估算方法。在上述研究的基礎上，深入認識低矮房屋的風荷載作用機理和破壞機理，提出適合我國的低矮房屋抗風設計方法，提高我國東南沿海強臺風區(qū)低矮房屋的抗風能力，顯著減輕風災損失。 2100433B

為減小超高層建筑的風荷載和風致響應，改善結構的抗風性能，采用風洞試驗與CFD數(shù)值模擬相結合的方法，對超高層建筑三維風荷載的吸/吹氣控制進行系統(tǒng)深入的研究?；诖髿膺吔鐚又械恼鎸嵢肓魍牧骱虵LUENT軟件中的LES方法構建吸/吹氣控制下超高層建筑脈動風荷載的數(shù)值模擬技術，為進一步研究超高層建筑吸/吹氣模型的脈動風荷載和橫風向旋渦脫落特性奠定基礎。分析吸/吹氣控制的幾何參數(shù)（包括開孔位置、開孔寬度和高度等）和流量參數(shù)（包括吸/吹氣角、吸/吹氣流量系數(shù)和順風向吹氣動量系數(shù)等）對三維風荷載特性的影響規(guī)律，探索影響模型風荷載減阻和減振性能的控制性參數(shù)，并結合吸/吹氣控制下模型周圍的流場和渦量場闡明吸/吹氣控制機理。以抗風設計為目標，擬合風荷載折減系數(shù)的經(jīng)驗公式，確定最優(yōu)吸/吹氣控制方案，并提供超高層建筑風荷載吸/吹氣控制的實用抗風設計思路，為相關的工程應用和規(guī)范修訂提供參考。