高层建筑围护结构风压规范比较与工程应用

风荷载是高层建筑围护结构设计的主要控制荷载。中国《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)给出了单体矩形截面高层建筑围护结构的设计风荷载,其中迎风面正压与分离区负压都随着建筑高度的增大而增大,这与近地面钝体结流的机理不符。通过与欧洲规范EN 1991-1-4、美国规范ASCE 7-10、澳大利亚/新西兰规范AS/NZS 1170.2∶2011、加拿大规范NBC 2005、日本规范AIJ 2004等主要国外规范进行比较,发现主要国外规范仅给出了极值负压的最大值,而没有给出极值负压的分布。接着基于某项目风洞试验与中国规范GB 50009—2012的比较,发现高层建筑极值负压最大值一般发生在建筑中下部区域,并指出当前工程上采用的中国规范GB 50009—2012与风洞试验包络设计方法是不经济的。最后基于奥雅纳多年的风工程应用经验,对幕墙结构风荷载取值给出了一些建议,并特别强调风洞试验报告只有经独立于风洞试验单位的风专家审核后才可用于实际工程设计。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

超高层建筑风洞试验的配合及试验报告的解读

风洞试验是确定超高层建筑风荷载的主要方法之一。本文介绍了风洞试验的基本情况,包括风洞试验对大气边界层的模拟、风洞试验的分类、等效静力风荷载的计算过程等。着重于风洞试验过程中设计单位如何与风洞试验单位配合,风洞试验配合过程中的注意事项以及如何解读和运用风洞试验报告。最后,以某工程为例介绍了风洞试验配合具体过程以及风洞试验报告的应用。通过该风洞试验补充了规范关于该体型高层建筑风荷载的取值,同时也验证了此类双塔建筑的风荷载相互干扰,不可忽视。     

高层建筑顺风向响应规范计算及试验研究

作为对高层建筑起控制作用的风致振动,顺风向响应在抗风设计中尤为重要。多国风荷载规范均给出了典型的矩形断面形式的高层建筑顺风向响应计算方法,但不同的计算方法导致结果存在偏差。以某矩形高层建筑为例,基于风洞试验比较研究中国、美国及加拿大规范计算方法。研究表明:因平均风速定义的差异,中国风振系数取值要高于美国的阵风影响系数;相比频域法的计算结果,中国规范中采用的惯性风荷载法计算结果偏大;在相同风荷载作用下,中国和加拿大规范方法得到的顺风向最大位移响应值偏大,结构设计偏于保守。美国规范的计算结果相对偏小,相对偏于不安全;相比于加拿大阵风荷载因子法,中国惯性风荷载法风致响应偏小。     

北京中关村软件广场“光盘”风洞试验研究

北京中关村软件园“光盘”结构造型独特,对风荷载比较敏感,规范没有给出其设计风荷载取值。采用刚性测压模型对单独的“光盘”体及“光盘”与周围建筑的组合体进行了风洞试验,考虑高度换算系数和体型系数,对“光盘”结构的风荷载特性进行了探讨,结果表明,在结构设计中应该充分考虑风荷载的实际分布,应对多种风向角对应的风荷载分别进行整体结构分析。     

《建筑结构荷载规范》围护构件风荷载的修订建议

基于建筑围护构件风荷载的基础理论,对比分析了中外荷载规范的具体规定,指出了我国现行GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》在围护构件风荷载规定方面存在的不足,提出了改进和完善的具体建议。建议如下:分别统计分析季风和台风两种气候的基本风速,再进行合并,得到混合气候地区的基本风速;将峰值因子的取值提高至3.5,能够比较真实地反映来流的脉动风速极值;借鉴国外荷载规范的规定,完善内压系数的相关规定;深入开展风向效应的研究,以气象观测资料和典型体型建筑物的风洞试验结果为依据,合理确定我国各地区各方向的风向折减系数;开展围护构件风荷载面积折减系数方面的研究,确定典型建筑物墙面、屋面不同区域的面积折减系数。     

粤港荷载规范关于风荷载计算的对比研究

风荷载计算是建筑结构荷载设计的重要内容之一,不同国家和地区的荷载规范体系不尽相同.目前,广东省风荷载设计规范按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)实行,香港地区按照2019年新修订的荷载规范实行.从计算方法和基本参数两方面比较广东省与香港地区荷载规范的中风荷载取值的异同;通过编程实现粤港地区建筑结构风荷载计算.对一超高层建筑工程案例进行结构设计风荷载的分析,获得了两地顺风向风荷载、横风向风荷载以及基本风压等重要数据,比较计算结果差异,发现香港地区建筑结构在设计过程中采用的风荷载比广东地区更大,引起该差异的其中一个原因是参考风压取值不同.     

粤港荷载规范关于风荷载计算的对比研究

风荷载计算是建筑结构荷载设计的重要内容之一,不同国家和地区的荷载规范体系不尽相同.目前,广东省风荷载设计规范按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)实行,香港地区按照2019年新修订的荷载规范实行.从计算方法和基本参数两方面比较广东省与香港地区荷载规范的中风荷载取值的异同;通过编程实现粤港地区建筑结构风荷载计算.对一超高层建筑工程案例进行结构设计风荷载的分析,获得了两地顺风向风荷载、横风向风荷载以及基本风压等重要数据,比较计算结果差异,发现香港地区建筑结构在设计过程中采用的风荷载比广东地区更大,引起该差异的其中一个原因是参考风压取值不同.     

大型球体建筑的风荷载设计研究

杭州国会中心建筑造型复杂,包含了大跨屋面和球体主楼.我国现行的荷载规范对这两种体型都没有给出风荷载,对于这种复杂结构的风振系数也没有给出相应的数据和计算方法.文章以该项目为例,采用风洞试验来测定该建筑的风荷载,并进行主体结构风振系数的有限元计算.初步探讨了复杂体型建筑的风荷载设计问题,对类似体型建筑的风荷载设计具有借鉴意义.     

不同长宽比高层建筑沿高度分布的风荷载

针对7种长宽比高层建筑进行刚性模型测压风洞试验,研究层阻力系数和层体型系数沿高度的分布特征,拟合获得层阻力系数和角度风分配系数公式,给出高层建筑x和y方向风荷载的计算公式,最后与各国规范的风荷载进行对比。研究表明迎风面的层阻力系数沿高度呈7字形分布,最大值出现在0.81～0.93建筑物高度;建筑顶部的层阻力系数较小,主要是受三维流效应影响;提出不考虑风振的矩形截面高层建筑风荷载沿高度分布的计算公式,该公式考虑了风向角、长宽比和地貌的影响,通过2520组试验数据验证了公式的有效性;各国规范迎风面风荷载沿高度呈指数或者对数变化,风洞试验值在顶部风荷载较小;背风面风荷载除GB规范呈指数分布以外,其他各国规范均沿高度不变,试验值沿高度基本不变;GB、ASCE和AIJ规范的整体风荷载和试验值比较接近,NBCC规范数值略小,而EN规范数值较大。     

建筑幕墙结构风荷载最小取值分析

深入介绍了幕墙结构的安全保证,并进行了幕墙结构的风荷载取值分析.建筑幕墙的风荷载取值,应考虑地面粗糙度按阵风荷载计算取值,而不应规定最小值.可以借鉴高层建筑对风荷载的处理方法,设计幕墙结构承载能力并进行变形计算,但应考虑加强幕墙构件的节点连接,即节点连接设计时考虑反力增大系数,从而达到既安全又经济的双重效果.     

带凹角矩形截面高层建筑风荷载体型系数研究

采用CFD技术,对典型带凹角矩形截面高层建筑在群体建筑干扰环境下的平均风荷载进行数值模拟研究。首先对CAARC标准模型进行了数值模拟,以验证本文计算方法及参数设置等的合理性。然后基于两个风向角下的数值模拟结果,分析了该建筑物主塔楼表面上各区域体型系数的分布特征,并与我国荷载规范和文献中风洞试验给出的值进行了比较;同时,还计算了顺风向风荷载。研究发现,迎风侧凹角处的体型系数会出现较大的负值,与规范取值差别较大,这也将使得计算出的结构顺风向风荷载明显降低,造成该结果的主要原因是在迎风侧凹角处产生了较强烈的分离流和漩涡。除了气动外形以外,周边建筑的干扰也会对体型系数分布造成不可忽视的影响。     

风洞试验在夏商大厦超高层玻璃幕墙设计中的应用

风洞试验是超高层幕墙在复杂的环境中设计风压取值的依据。本文通过工程实例对设计规范与风洞试验二者的风荷载取值进行分析比较,确定了严谨可靠的风荷载设计取值基础。     

高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟

高层建筑群体相互间距较近时,将出现风荷载相互干扰的群体效应。通过CFD数值模拟,确定了某高层建筑在群体条件下的风荷载及体型系数,为结构抗风设计提供依据。并讨论了干扰条件下的风荷载与规范建议取值的差异,为相似条件建筑的风荷载取值提供参考。     

某超高层建筑风致结构响应结果的分析

广州良业大厦项目,塔楼2、塔楼3高度约150 m,结构平面形状原为矩形,后修改为切角三角形,项目前后进行了两次风洞试验。对风洞风荷载、规范风荷载及结构响应进行了详细比较研究,指出超高层建筑中横风向风振和扭转风振等效风荷载对结构楼层位移角和构件内力的影响显著。同时总结了应用风洞试验数据和确定地面粗糙度类别的的注意事项。     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

高层建筑风洞试验的必要性分析

为了对比不同工况下风对高层建筑位移角、位移比、风荷载舒适度、墙体受拉分析、楼板应力分析的不同影响,本文通过对比风洞试验和规范风荷载对结构指标的不同结果,提出高层不规则建筑应进行风洞试验来的确定风荷载的观点。     

建筑围护结构内部设计风荷载研究

为研究建筑围护结构内部设计风荷载的合理取值方法,对4种不同开洞工况下的典型建筑进行了风洞试验。分析了建筑屋盖和纵墙内表面风压峰值因子和极值内压的分布,并与GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》设计方法的计算结果进行了比较。在此基础上,提出了改进的极值内压计算方法,并给出了相应的关键设计参数取值。研究结果表明:采用规范方法可得到沿高度变化的极值内压,而试验中测得的极值内压具有均匀分布的特点;现行规范设计方法中由于忽略了风荷载的非高斯特性从而低估内压的峰值因子;在全封闭工况下,采用规范方法计算高估了内压脉动响应,从而使设计内压值偏大;而对于单一开洞工况,即使将峰值因子提高到3.5,采用规范方法计算仍会低估纵墙较低区域的极值内压。     

平屋盖平均风荷载特性分析

首先,结合平屋盖的刚性模型风洞动态测压试验,探讨了风向角、高跨比等因素对其风压分布的影响;其次,对比各国荷载规范中对平屋盖风载体型系数取值的规定;最后,结合风洞试验结果,给出了建筑单体情况下平屋盖的风载体型系数取值建议。     

高层建筑局部构件的风荷载效应

在高层建筑对局部构件进行强度验算时,不应采用整体结构的风荷载计算公式.局部构件自身及其与主体结构连接处的风荷载内力效应,应为主体结构由于风荷载引起的振动,对于局部构件的支座动力输入,另加局部构件的直接风荷载.本文给出与规范相衔接的近似计算方法.