典型超高層建筑氣動彈性模型風(fēng)洞試驗

基于單體高層建筑模型的尾流面積法，提出了適用于群體高層建筑模型風(fēng)洞試驗阻塞效應(yīng)的修正方法．給出了群體建筑的流場模式和基本假定，推導(dǎo)了修正公式，將尾流面積法的適用范圍推廣到同時布置兩個或多個建筑的阻塞效應(yīng)的修正．利用均勻流中典型周邊布置方案的等高雙建筑和等高三建筑的風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合，并在不同工況下驗證了修正方法．該方法可在較高精度范圍內(nèi)滿足工程項目的需要．

基于單體高層建筑模型的尾流面積法,提出了適用于群體高層建筑模型風(fēng)洞試驗阻塞效應(yīng)的修正方法.給出了群體建筑的流場模式和基本假定,推導(dǎo)了修正公式,將尾流面積法的適用范圍推廣到同時布置兩個或多個建筑的阻塞效應(yīng)的修正.利用均勻流中典型周邊布置方案的等高雙建筑和等高三建筑的風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行參數(shù)擬合,并在不同工況下驗證了修正方法.該方法可在較高精度范圍內(nèi)滿足工程項目的需要.

基于一棟立面上有多個開洞的矩形截面超高層建筑的剛性模型表面壓力測量風(fēng)洞試驗結(jié)果,分析了矩形截面超高層建筑在長邊立面上不同開洞工況下建筑各表面平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明:當(dāng)建筑長邊迎風(fēng)時,開洞使得背風(fēng)面洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)絕對值增大,但迎風(fēng)面上的平均風(fēng)壓系數(shù)變化很小;當(dāng)建筑短邊迎風(fēng)時,開洞對洞口附近的平均風(fēng)壓系數(shù)和最不利正風(fēng)壓系數(shù)均只有微弱影響,但對其最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)卻有很大影響,特別是中部開洞,將使其周圍的最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù)增大一倍以上;開洞對短邊立面上的最不利風(fēng)壓系數(shù)不產(chǎn)生明顯的影響。為有結(jié)構(gòu)開洞的高層建筑洞口附近的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考數(shù)據(jù)。

目前超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振分析常采用的是規(guī)范的簡化理論方法和基于風(fēng)洞試驗方法頻域方法,隨著結(jié)構(gòu)體型的復(fù)雜化或周邊建筑對風(fēng)場有明顯干擾時,進(jìn)行結(jié)構(gòu)風(fēng)振時程分析是更為簡單直接有效的方法。本文通過編程實現(xiàn)生成風(fēng)洞試驗中風(fēng)荷載時程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入有限元分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時程分析,獲得整體結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及加速度時程等重要數(shù)據(jù),為規(guī)范方法不適用的超高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析及舒適度評估提供了可行的方法。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜。通過風(fēng)洞試驗研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載組合,同時利用風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評價,并與公式結(jié)果進(jìn)行對比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

某鋼管混凝土框架混凝土核心筒超高層建筑,結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載十分敏感,風(fēng)環(huán)境較為復(fù)雜.通過風(fēng)洞試驗研究了凹角矩形超高層建筑的風(fēng)荷載特性;針對順風(fēng)荷載、橫向風(fēng)荷載以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載,對比了基于風(fēng)洞數(shù)據(jù)和規(guī)范公式得到的結(jié)構(gòu)反應(yīng),明確本工程規(guī)范公式的適用性;分析了采用風(fēng)洞數(shù)據(jù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載組合,同時利用風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)振時程分析,得到結(jié)構(gòu)的舒適度評價,并與公式結(jié)果進(jìn)行對比,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù).

風(fēng)荷載是高層建筑的主要側(cè)向荷載之一,鑒于越來越多的國外工程設(shè)計的要求,了解并掌握國際常用規(guī)范中風(fēng)荷載的計算分析相關(guān)規(guī)定非常重要。結(jié)合超高層混合結(jié)構(gòu)科威特中央銀行總部大樓,對美國規(guī)范風(fēng)荷載的相關(guān)規(guī)定及本工程的風(fēng)洞試驗進(jìn)行介紹和研究,對類似工程的風(fēng)荷載分析有一定的參考作用。

依據(jù)某超高層建筑,著重介紹了風(fēng)洞試驗的方法,描述了在考慮有、無環(huán)境建筑影響下,該高層建筑一些典型的表面風(fēng)壓特性以及一些測點風(fēng)壓隨風(fēng)向角的變化規(guī)律。結(jié)果表明:迎風(fēng)面中上部風(fēng)壓系數(shù)較大,接近1.0;底部部分風(fēng)壓系數(shù)達(dá)到1.0;側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)大多為負(fù)值,特別是靠近角落處由于渦旋脫落,其值可達(dá)到-2。環(huán)境建筑對該高層建筑表面風(fēng)壓的影響較大,特別在建筑中下部。為其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些參考。

將吸氣流動控制技術(shù)應(yīng)用在超高層建筑中,用以減小其風(fēng)荷載和抗風(fēng)性能是一項新興的課題,然而現(xiàn)有的研究成果還停留在理論基礎(chǔ)階段,將此方法應(yīng)用在實際工程中尚需試驗的驗證。為此文中設(shè)計了一套吸氣控制系統(tǒng),用以完成上部吸氣控制下超高層建筑剛性模型的測壓風(fēng)洞試驗,對今后開展此項研究工作的結(jié)構(gòu)設(shè)計人員具有指導(dǎo)和借鑒作用。

規(guī)范所提供的風(fēng)荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計要求,必須進(jìn)行風(fēng)洞試驗.對不同結(jié)構(gòu)類型及部位(如高層結(jié)構(gòu)、大跨屋蓋、玻璃幕墻等)所需要的風(fēng)洞試驗資料及風(fēng)荷載參數(shù)都是不同的,簡單地提供建筑物的抗風(fēng)設(shè)計參數(shù)不能滿足各結(jié)構(gòu)物和維護(hù)體系設(shè)計的需要.本文切合實際結(jié)構(gòu),建立了面向各類結(jié)構(gòu)物各抗風(fēng)設(shè)計階段的風(fēng)洞試驗方法.

由于壁面的存在，風(fēng)洞試驗?zāi)M的流場與真實大氣的自由流場存在差別．在特定情況下，阻塞效應(yīng)將對流場和建筑風(fēng)荷載產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差．然而，當(dāng)前結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究人員對阻塞效應(yīng)的認(rèn)識尚且不足．首先，簡要介紹了阻塞效應(yīng)的機理，并歸納了阻塞效應(yīng)對流場和建筑風(fēng)荷載的影響．然后，總結(jié)了阻塞效應(yīng)的影響因素（來流特性，建筑的外形、數(shù)量和布置方式等），回顧了涉及試驗和數(shù)值模擬的阻塞效應(yīng)修正方法，并列出了重要文獻(xiàn)中對阻塞比的規(guī)定．最后，提出了今后值得研究的方向．

用縮尺比為1:300的剛性模型對巨型高層開洞建筑進(jìn)行了風(fēng)洞測壓試驗,研究了c類場地、16個來流風(fēng)向條件下,模型各表面(包括洞口內(nèi)部)的風(fēng)壓分布特性等,并確定了結(jié)構(gòu)總體風(fēng)荷載及最不利風(fēng)向角.結(jié)果表明:洞口的設(shè)置減小了建筑物所受的總體平均風(fēng)荷載,但并非洞口越大減小風(fēng)荷載越多.在建筑物上部開洞,對減小基礎(chǔ)所受彎矩非常有利,而在中上部開洞則對減小總體平均風(fēng)荷載更為有效,并且當(dāng)風(fēng)向與開洞方向平行時基礎(chǔ)所受的總平均風(fēng)荷載最小.風(fēng)荷載沿建筑高度的變化并非按規(guī)范中的規(guī)律分布,而是中上部大、兩端小.

橋梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗技術(shù)研討 作者：宋錦忠，徐建英 作者單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室上海200092 本文鏈接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/conference_6513792.aspx

大跨屋蓋結(jié)構(gòu)剛性模型風(fēng)洞試驗研究——以株洲體育中心大跨屋蓋為背景，通過剛性模型的風(fēng)洞試驗研究，獲得了大跨屋蓋結(jié)構(gòu)在各種不同情況下的平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，為體育場屋蓋在不同情況下的風(fēng)振響應(yīng)理論分析提供了依據(jù)．

為了研究超高層建筑不同風(fēng)洞試驗方式結(jié)果的差異及原因,對某347m超高層建筑進(jìn)行了剛性測壓模型、強迫振動模型和多自由度氣彈模型風(fēng)洞試驗,并將三種試驗結(jié)果進(jìn)行分析.對比了剛性測壓模型與氣彈模型的風(fēng)致位移響應(yīng),分析氣動阻尼比對位移響應(yīng)的影響;同時對比了強迫振動模型與多自由度氣彈模型在湍流場及均勻流場中氣彈參數(shù)的差異.結(jié)果表明:剛性測壓模型風(fēng)洞試驗在氣彈效應(yīng)不顯著的情況下較為可靠而方便;當(dāng)氣彈效應(yīng)較顯著時,多自由度氣彈模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果更為真實;在均勻流場中,結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時,強迫振動模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果有一定的參考價值,但在湍流場中,特別是不發(fā)生共振時,試驗結(jié)果與實際情況存在較大差異.高層建筑強迫振動模型振動形式的不精確性會導(dǎo)致試驗結(jié)果的失真,將強迫振動模型應(yīng)用到實際高層建筑抗風(fēng)時,其振動形式還有待改進(jìn).

風(fēng)洞試驗是確定超高層建筑風(fēng)荷載的主要方法之一。本文介紹了風(fēng)洞試驗的基本情況,包括風(fēng)洞試驗對大氣邊界層的模擬、風(fēng)洞試驗的分類、等效靜力風(fēng)荷載的計算過程等。著重于風(fēng)洞試驗過程中設(shè)計單位如何與風(fēng)洞試驗單位配合，風(fēng)洞試驗配合過程中的注意事項以及如何解讀和運用風(fēng)洞試驗報告。最后，以某工程為例介紹了風(fēng)洞試驗配合具體過程以及風(fēng)洞試驗報告的應(yīng)用。通過該風(fēng)洞試驗補充了規(guī)范關(guān)于該體型高層建筑風(fēng)荷載的取值，同時也驗證了此類雙塔建筑的風(fēng)荷載相互干擾，不可忽視。

風(fēng)洞試驗是確定超高層建筑風(fēng)荷載的主要方法之一。本文介紹了風(fēng)洞試驗的基本情況,包括風(fēng)洞試驗對大氣邊界層的模擬、風(fēng)洞試驗的分類、等效靜力風(fēng)荷載的計算過程等。著重于風(fēng)洞試驗過程中設(shè)計單位如何與風(fēng)洞試驗單位配合,風(fēng)洞試驗配合過程中的注意事項以及如何解讀和運用風(fēng)洞試驗報告。最后,以某工程為例介紹了風(fēng)洞試驗配合具體過程以及風(fēng)洞試驗報告的應(yīng)用。通過該風(fēng)洞試驗補充了規(guī)范關(guān)于該體型高層建筑風(fēng)荷載的取值,同時也驗證了此類雙塔建筑的風(fēng)荷載相互干擾,不可忽視。

在風(fēng)洞建筑模型高度范圍內(nèi)模擬4種大小不同的湍流度,通過9個不同高寬比、厚寬比的矩形截面超高層建筑模型,考察來流湍流度、建筑高寬比、厚寬比、層高度等因素對順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)3方向的風(fēng)荷載功率譜影響規(guī)律.針對3個方向風(fēng)荷載功率譜的特點分別采用不同的荷載譜模型進(jìn)行參數(shù)擬合,再以湍流度、建筑高寬比等為基本變量對荷載譜模型的參數(shù)進(jìn)行二次擬合,建立了復(fù)雜山地超高層建筑風(fēng)荷載功率譜的數(shù)學(xué)模型.

以中華城商業(yè)社區(qū)高層建筑群為工程背景,采用rngk-ε湍流模型模擬了建筑群中超高層建筑的表面平均風(fēng)壓分布及周圍風(fēng)環(huán)境,計算了與風(fēng)洞試驗等雷諾數(shù)及增大來流風(fēng)速和模型尺寸提高雷諾數(shù)后的兩類雷諾數(shù)工況,并同風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,在等雷諾數(shù)情況下,風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬得到的超高層建筑表面風(fēng)壓分布較為一致,數(shù)值差別在15%以內(nèi);數(shù)值模擬與試驗雷諾數(shù)相差25倍的工況中,當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速成一定角度時,超高層建筑的風(fēng)壓分布及周圍流場的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗較一致;當(dāng)多數(shù)建筑主軸向與來流風(fēng)速平行時,尾流中旋渦分布的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗差異明顯,但平均風(fēng)壓分布的數(shù)值模擬與試驗結(jié)果略顯差別。

caarc高層建筑標(biāo)準(zhǔn)模型是國際上通用的風(fēng)工程標(biāo)準(zhǔn)模型之一,用來檢驗各個模擬自然風(fēng)的風(fēng)洞試驗結(jié)果,以確保風(fēng)洞試驗測量數(shù)據(jù)的可信度。本研究使用縮尺比為1:300的caarc模型,在同濟(jì)大學(xué)tj-2建筑風(fēng)洞中進(jìn)行了b類和d類地面粗糙度風(fēng)場下的剛性測壓試驗和高頻動態(tài)天平試驗。在剛性測壓試驗中測量了建筑模型表面在不同風(fēng)速和風(fēng)向角下的平均風(fēng)壓系數(shù),并與國外風(fēng)洞機構(gòu)的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。在高頻動態(tài)天平試驗中,不同風(fēng)向角下的結(jié)構(gòu)氣動力系數(shù)和頂點位移被給出,并同樣與國外風(fēng)洞機構(gòu)進(jìn)行了對比。風(fēng)洞試驗結(jié)果表明:tj-2風(fēng)洞能較好地模擬大氣邊界層風(fēng)場,且風(fēng)場品質(zhì)較好;試驗技術(shù)可靠,所測得的試驗數(shù)據(jù)具有較高的精度。

通過１１層框架－剪力墻平面截斷模型的靜力加截試驗，研究了原型為５２層的鋼筋混凝土超高層建筑在正常使用狀態(tài)下的受力變形，重點考慮了層間位移與構(gòu)件裂縫的關(guān)系，同時研究了豎向荷載及加強層對層間位移限值的影響。

在邊界層風(fēng)洞中,用高頻底坐五分量天平技術(shù)對caarc模型的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行研究,并與用氣動彈性模型測得的荷載風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行比較,兩者的結(jié)果相差不大。由于天平技術(shù)只考慮第一振型并且是線形振型的影響,所以用其測得的荷載風(fēng)振系數(shù)僅僅是建(構(gòu))筑物頂部的風(fēng)振系數(shù),獲得的一些結(jié)果可作為修訂有關(guān)規(guī)范時參考。