三边形桅杆风荷载谱模型试验研究

对三边形格构式桅杆进行了均匀流和两种紊流下的高频测力天平风洞试验,得到了顺风向、横风向和扭转向的气动力系数以及脉动风荷载谱。采用基于风速谱的数学模型对顺风向脉动风荷载谱进行拟合,验证了该经验公式在不同流场下的适用性。根据试验所得横风向和扭转向脉动风荷载功率谱曲线的特点,建立由紊流激励和旋涡脱落激励两部分组成的谱函数数学模型,最小二乘法拟合结果与风洞试验结果吻合良好。横风向脉动风荷载谱以紊流激励为主,紊流强度15%时旋涡脱落激励贡献仅占10%,扭转向脉动风荷载谱中旋涡脱落激励贡献明显增大,达到40%。     

复杂塔冠对双塔高层建筑风压特性影响的试验研究

利用同步测压风洞试验方法,研究了3种典型风向角下圆角三角形截面双塔高层建筑顶部的花瓣形塔冠对建筑表面风压分布特性和风致响应的影响。基于试验数据,对建筑平均风压和极值风压等值线、整体体型系数、风荷载功率谱密度曲线以及基底合力(矩)进行了分析和比较。结果显示,复杂塔冠在整体上抬高了建筑顶部的风致绕流,使得部分风向角下建筑顶部附近的风压出现增大趋势;塔冠的存在同时使各楼层阻力和升力系数增大,且越靠近顶部增幅越明显;当风向沿着双塔形心连线方向时,由上游塔楼漩涡脱落形成的尾流激振现象十分显著,从而使得该风向角下的峰值加速度和横风向等效静力风荷载均达到最大,而塔冠的存在可能改变横风向风荷载的频谱特性,对于文中研究的双塔高层建筑,塔冠使得涡漩脱落频率略向低频转移,故使相应的峰值加速度和等效静力风荷载有所降低。     

正菱形双塔楼高层建筑风荷载分布特征

通过风洞试验来研究正菱形双塔楼建筑的风荷载。根据设计软件特点,为将实验结果直接被设计软件所使用,将风压沿截面进行积分求出沿轴线和沿顺风向、横风向的合力,获得轴线整体体型系数,顺风向整体体型系数。同时将整体体型系数与单幢塔楼体型系数进行比较。     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

CAARC高层建筑标准模型层风荷载谱数学模型研究

用风洞试验方法在B、D两种地貌下研究了CAARC高层建筑标准模型在不同高度处的顺风向和横风向风荷载的功率谱特性和相干特性。结果显示:不同高度的无因次风荷载功率谱密度具有较好的一致性;在顺风向,不同高度风荷载间的相干特性显示出指数式的衰减规律;在横风向,风荷载在漩涡脱落频率附近有很强的相关性,相干函数值接近于1。根据风荷载沿结构高度变化的特征,进一步采用拟合方法确定了各层风荷载的功率谱密度和层间荷载相干函数的经验公式,建立了层风荷载谱数学模型,并给出了以此为基础计算标准模型风振响应的计算流程。将按照本文模型计算得到的广义力功率谱与高频底座力天平试验的结果作比较,结果吻合较好,证明了本文所提出模型的正确性。     

竖向外伸肋板对高层建筑气动力特性影响的试验研究

为研究建筑外表面竖向外伸肋板对高层建筑气动力的影响,试验中采用了1个未设置肋板的参考模型和4个不同肋板布置形式的研究模型,通过模型测压风洞试验,获得了不同风向角下各模型的表面风压,进而对比分析了各模型的基底弯矩系数和层风力系数。试验结果表明：在所有试验模型中,外伸宽度d(d=7.5%D,D为模型长度)较小且靠近建筑边缘(b=15%B,b为肋板与模型边缘距离,B为模型宽度)的竖向肋板可以有效降低横风向脉动层风力系数,最大降幅为40.17%;竖向肋板可以有效降低基底弯矩系数的极值,顺风向和横风向的基底弯矩系数极值最大降幅分别为28.64%和39.02%。通过对比横风向气动基底弯矩功率谱密度发现,无肋板参考模型与加肋板模型的功率谱密度接近,说明竖向肋板的作用并非改变横风向脉动风荷载的能量分布,而是降低其强度;通过研究基底弯矩的相平面轨迹发现,当竖向肋板外伸宽度较小时,顺风向和横风向基底弯矩相关性随着竖向肋板外伸宽度的增大而增强。总体上,通过合理的竖向肋板布置能够取得较为显著的气动优化效果。     

X形超高层建筑层风激励谱计算模型研究

通过X形超高层建筑刚性模型多点同步测压风洞试验,研究高层建筑风荷载阻力系数和升力系数平均值、均方根值沿高度的变化规律,并与矩形高层建筑均方根升力系数进行比较.提出X形高层建筑顺风向与横风向动力风荷载功率谱密度函数、相干函数的计算模型,并根据风洞试验数据进行拟合计算,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好,可以以此为基础进行类似高层建筑顺风向与横风向动力响应的频域计算.     

高层建筑顺风向荷载气动导纳研究

高层建筑顺风向的脉动风荷载通常是基于准定常假设,由来流风速的功率谱密度函数和相干函数求得,其中风荷载和风速功率谱密度对气动导纳函数影响较大。依据10个典型高层建筑模型的同步测压风洞试验数据,对高层建筑各层高度处顺风向荷载的功率谱密度函数和气动导纳函数的特性进行分析,提出了顺风向荷载气动导纳函数的表达式,并针对公式中的具体参数进行了拟合。采用该表达式对一栋实际高层建筑的顺风向风致动态响应进行计算,并与其模型的试验结果进行对比。结果表明:高层建筑顺风向荷载的气动导纳曲线沿高度变化不大,但与其截面形状关系较大,曲线整体呈指数分布,当折减频率小于0.1时,气动导纳数值均接近于1.0。算例结果表明,采用所建议的气动导纳拟合式计算出的风致响应结果与风洞试验计算结果较为吻合,误差在10%以内。     

气动外形对高层建筑风荷载的影响研究

针对我国现行建筑结构荷载规范规定的削角和凹角两种角沿修正形式,进行了7种截面形式高层建筑模型的风洞测压试验。定义角沿修正比为单个角沿沿主轴方向投影长度与全截面在同一方向投影长度之比,分析了角沿修正比对建筑风荷载的影响。试验结果表明:截面采用角沿修正是减小矩形截面建筑顺风向和横风向风荷载的有效方式;截面采用角沿修正比为10%的凹角修正时,建筑顺风向风力系数平均值和均方根值降低最多;截面采用角沿修正比为20%的凹角修正时,横风向风力系数均方根值降低最多;从频域来看,角沿修正对顺风向风力功率谱影响不大,而随着角沿修正比的增大,横风向风力功率谱谱峰对应的折算频率将向高频部分移动。     

浅析高层建筑的横风效应

高层建筑的横风向荷载及响应问题非常复杂,来流紊流、尾流和气动反馈的激励与其息息相关,风荷载是高层建筑所承受的主要侧向荷载之一。在沿海地带和非地震区,风荷载又常常成为结构设计的控制荷载,而高层建筑结构设计中的重要部分是包括内力、风荷载、位移、加速度等结构抗风分析。目前,高层建筑横风向风效应研究的内容主要包括以下三个方面:确定横风向气动力、识别横风向气动的阻尼和计算横风向等效静力风荷载的方法,同时确定高层建筑横风向风效应的主要手段有风洞试验、数据拟合和参数识别技术。本文主要讲了横风向气动力的确定、横风向气动阻尼的识别以及横风向等效静力风荷载的计算方法三个方面的内容。     

矩形高层建筑结构扭转风振反应时程的分析计算

根据Davenport脉动风速谱函数与日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数模拟的顺风向与横风向脉动风压时程,采用Newmark法计算了一栋高68m的高层建筑物的风振扭转动力反应时程。计算时考虑了顺风向脉动风压与横风向脉动风压的联合作用。计算结果表明:结构扭转振动加速度响应以共振响应为主,非共振响应仅占次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的扭转风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

高层矩形建筑横风向风力特性试验研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转方向的风荷载,整理了横风向风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数,分析了流场绕流的特点,总结了横风向风力对扭转的贡献。得到如下结论:选取分离点作为参考点时,横风向水平相关性随厚宽比增加变化较大,通过确定其零点位置可以定量确定再附点位置;横风向风力竖向相关性受所选基点位置影响程度较小;竖向相干性随厚宽比增大而降低;模型厚宽比大于1.5时,结构扭矩谱几乎全部由横风向贡献。     

不同圆角率下矩形高层建筑风荷载特性

通过刚性模型风洞测压试验,对4种不同圆角率（即圆角半径与模型短边迎风宽度之比分别为0、5%、10%和20%）的矩形截面高层建筑表面风荷载特性进行研究。对比了不同圆角率下建筑表面的风压分布与相关特性：圆角处理使得建筑迎风面边缘倒圆角处出现较大平均风压、极值风吸力和脉动风压;在侧风面上,平均与脉动风压梯度变化范围随圆角率的增大而逐渐减小,且横向相关性明显增强。分析了建筑顺风向与横风向的整体风力,圆角处理通过促进再附着从而减小尾流宽度,可降低高层建筑的顺风向阻力和倾覆弯矩,降幅随着圆角半径的增大而提升,同时,横风向升力和倾覆弯矩也将有所下降。     

塔冠对方形超高层建筑顺风向基底弯矩的影响研究

高层建筑顶部塔冠形状多样,其对建筑整体气动力的影响目前尚不明确。为此,利用高频测力天平技术,在大气边界层风场下对19种不同顶部塔冠的方形截面超高层建筑进行了风洞试验,分析塔冠形状对超高层建筑顺风向基底弯矩系数值及顺风向基底弯矩功率谱的影响。讨论坡面变化、顶部开洞、阶梯变化和锥形变化等四大类塔冠形状对结构整体顺风向气动力的影响规律。试验结果表明：将坡面置于迎风侧能够降低顺风向基底弯矩系数值;相同开洞形状和面积时,顶部敞口开洞对降低顺风向基底弯矩平均值的效果优于闭口开洞;斜坡面阶梯塔冠对降低顺风向弯矩系数值的效果优于直坡面阶梯塔冠;上棱椎下棱台的棱椎式塔冠能够大幅减小顺风向基底弯矩系数平均值。塔冠能够改变顺风向基底弯矩功率谱峰值大小,棱锥形塔冠对降低顺风向弯矩功率谱峰值最为明显。     

方形结构风荷载Jensen数效应研究

为了解试验模拟的地表粗糙度偏差对方形结构风荷载的影响,在风洞中模拟不同缩尺比的A、B两类粗糙度指数风场,研究Jensen数分别为1 200、6 000时结构风荷载的Jensen数效应。结果表明:Jensen数变化对平均风荷载影响很小,对脉动风荷载影响较大; Jensen数由6 000减小到1 200时,顺风向、横风向、扭矩脉动风荷载增大幅度约为200%～250%; Jensen数减小会使风荷载功率谱低频段能量呈小幅增大趋势,高频段能量呈小幅减小趋势; 当来流与方形结构的直线边存在一定夹角时,Jensen数变化对各类型风荷载相关性影响变小; Jensen数增大会使各层间顺风向、横风向与扭矩风荷载相关性减小; Jensen数由1 200增大为6 000时,对扭矩风荷载相关性影响最大,降幅为63%,横风向风荷载相关性最大降幅为40%,顺风向风荷载相关性最大降幅为15%; 增大Jensen数会使顺风向风荷载相干函数与Davenport指数衰减形式吻合的频率范围增大,高频部分的竖向相干函数减小; 横风向风荷载与扭矩风荷载竖向相干函数更符合Davenport指数衰减形式。     

锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

温州地区近地强风特性实测研究

为研究我国沿海地区的近地强风特性,基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高),对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测,获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析,研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大,顺风向和横风向湍流度接近;顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m;实测风速谱与von Karman谱基本符合;实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。     

高层建筑横向风荷载模拟及响应分析

1横向风荷载试验数据由于高层建筑横风向振动原因的复杂性,为确定横风向荷载,本文采用了同济大学土木工程防灾国家重点试验室TJ-1大气边界层风洞试验数据。该试验采用高频动态测力天平技术对15个典型建筑物的建筑模型进行了风洞实验,拟合了一阶广义横风向风力谱和基底弯矩谱。根据试验得到的模型基底弯矩时程响应序列进行谱变换及无量纲化处理,得到了典型超高层建筑横风向无量纲广义气动力谱随无量纲频率变化的曲线。拟合公式如下:SM*(f)={0.f5SMρxV(H2fB)H2}2={1-(n S/pfβp()2n}2/f+p)βα(n/fp)2(1)式中:SM*(f)——无量纲化的基底…     

钢结构高层住宅的风振模型与风振特性研究

为探讨高层钢结构风振计算模型的合理性和风振响应特性,对某钢结构高层住宅进行了风洞试验,得到了建筑表面的风荷载时程;建立面向风振分析的弹性楼板精细模型、刚性楼板精细模型和简化层刚片模型,将测得的风荷载时程分别施加于三种模型,按随机振动理论计算得到了各模型在不同风向角下的顺风向、横风向和扭转向风振响应统计值,并与相关规范方法结果进行比较。结果显示:结构的峰值位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应由横风向控制,扭转向加速度接近于顺风向;基于刚性楼板假定的风振分析所带来的偏差并不大,但采用简化层刚片模型及规范方法求得的扭转向位移可能偏不安全。     

输电塔塔头平均风荷载的CFD模拟

为了得到典型输电塔塔头的风荷载系数,为抗风分析提供依据,采用CFD方法对其不同风向角时的平均风荷栽进行模拟,并进行对比分析.结果表明:风向角为0°时,输电塔塔头、横担等的顺风向风荷载系数CY与方形格构塔身的顺风向风荷栽系数CY基本相等;风向角为90°时,上游部分风荷载Cx明显比下游部分大,有显著的遮挡效应;当风向与线路...