温带气候条件下高层建筑抗风设计方法的研究综述

风气候中风向角对结构风荷载和风致响应是非常重要的一个影响因素,高层建筑每个风向区间受到的风荷载和产生的风致响应是并不相同的。介绍了温带气候条件下,国内外各种考虑了风向角影响后高层建筑抗风设计主要的研究方法,包括最不利工况法、逐个风向区间法及穿越法,并指出了它们的优缺点及还需要进一步研究的问题,为高层建筑抗风设计研究提供参考。     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

凹角与吸气控制下高层建筑平均风荷载特性试验研究

为减小高层建筑的风荷载,改善其抗风性能,基于等高度等体积的原则,设计了刚性基准模型、凹角模型和凹角吸气模型等三种高层建筑模型,通过对三种模型的同步测压风洞试验,研究风向角和吸气流量系数C_Q对模型平均风荷载特性的影响规律。结果表明:不同风向角下,三种模型的平均风荷载特性差异较大;在0°~35°风向角范围内,凹角与凹角吸气模型均有助于减小顺风向风荷载,且0°风向角(模型表面与风向垂直)时控制效果最佳。吸气流量系数绝对值越大,吸气控制区域各表面的风压折减越显著,整体/层气动力折减效果越好。当C_Q=-0.035 7时,整体气动力系数折减最大达62%,表明凹角与主动吸气控制结合具有良好的风荷载减阻效果。     

圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验,并对其风荷载特性进行了研究;分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律,给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果;分析了最不利风向角下的风荷载功率谱,并采用经验公式进行拟合;分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明:对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载,且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象,从本质上改变风荷载特性,有利于主体结构的抗风设计;角部区域负压较大,对幕墙抗风设计不利。     

舟山市体育中心体育场看台钢挑棚抗风试验与分析

对舟山市体育中心体育场看台挑棚进行了风洞试验,获得挑棚上、下表面的风载体型系数。试验结果表明,在不同风向角作用下,挑棚承受的风荷载作用合力方向会发生变化;看台会显著改变挑棚下表面风载体型系数分布,结构抗风设计时须考虑看台的影响。直接采用风洞试验得到的脉动风压对挑棚结构进行了风致动力响应分析,获得风振系数,为结构抗风设计提供依据。分析了挑棚结构在风荷载作用下的受力及变形,研究了抗风支座的构造措施,保证结构的安全可靠。     

襄阳大剧院风荷载风洞试验研究

大跨度、复杂体型、结构新颖的建筑物对于风荷载较为敏感.为了满足襄阳大剧院抗风设计安全要求,有必要对其进行风洞试验研究.详细介绍了风洞试验所采用的主要技术参数和数据处理方法.通过风洞试验研究了该建筑物在24个风向角作用下的风荷载分布规律,讨论了不同风向角下模型结构体型系数的变化规律,并对外立面幕墙和屋面的风荷载分布规律进行了分析,指出了风压作用最不利位置和薄弱之处,为该剧院的结构设计提供指导和科学依据.     

典型低矮建筑表面风压数值模拟研究

风灾害导致建筑结构损毁所造成的损失十分巨大,而现行建筑荷载规范在此方面所能提供的条款内容有限,结构抗风设计缺乏足够的规范性指导。采用CFD数值风洞方法,研究低矮建筑标准模型表面风压在不同风向角的分布特性以及压力系数变化特性,为此类建筑的抗风设计提供参考。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

网壳膜屋盖非线性风振响应计算分析

探讨网壳膜屋盖风振响应的时程分析计算方法，通过对某网壳膜屋盖风洞试验的24个风向角数据进行统计分析，确定风荷载的不利风向角，并采用有限元法在时域内进行三维风振响应分析，获得膜屋盖位移和内力响应，进一步探讨膜预张力对网壳和膜自身风振响应的影响，得出一些有益的结论，为该类结构抗风设计提供参考。     

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究

为避免中国现行《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型,而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性,采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的方法,考虑结构不规则的影响以及相邻建筑的气动干扰和横风效应来获得超高层建筑结构抗风设计所需的顺风向和横风向的等效静风荷载和风致动力响应。结果表明：由于周围建筑的干扰,顺风向、横风向的风荷载规律与一般超高层建筑不同,其不利角度也与规范存在差异;所得结论为超高层建筑结构的抗风设计提供了依据和参考。     

伞形组合膜结构风荷载分布特性分析

膜结构对风荷载极为敏感,抗风设计在膜结构设计中成为至关重要的环节.本文针对常见的双伞和四伞组合膜结构进行风压分布特性分析,研究组合膜结构的风压分布规律.首先对某实际膜结构罩棚进行数值模拟和风洞试验,通过对比所得数据,验证了数值模拟方法是可靠的;其次采用SSTk-ω模型,对伞形组合膜结构周围绕流风场做数值分析,探究在风荷载作用下伞形组合膜结构表面风压分布特性.研究发现,组合膜结构的正压区位置在风向角不同时有差别,在设计时应注意风向角对组合膜结构膜面风压正负分区的影响及角点部位的膜面处理,并给出风荷载体型系数取值建议.     

东营会展中心风洞试验研究

东营会展中心展馆屋盖为一大跨度圆柱壳空间曲面,周边悬挑较多,考虑到该建筑的重要性及膜结构对风荷载的敏感性,利用缩尺模型风洞试验对展馆屋盖在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,得出了风荷载压力系数等参数,为展馆的抗风设计提供了可靠的依据。     

地貌条件对建筑风压影响的研究

高层建筑表面的风压大小及分布是结构设计风荷载的主要依据，其考虑的因素很多。本文应用国际通用的CAARC刚性模型进行测压试验，主要研究分析紊流条件与平滑流条件下的模型表面的风压分布规律，同时分析了这两种条件下体型系数随风向角的变化规律，其结果对结构的抗风设计有一定参考价值。     

基于测力天平风洞试验的大跨封闭式输煤栈桥风荷载分析

大跨、高柔结构对风荷载非常敏感,针对此类结构风效应的研究是非常有必要的。基于高频测力天平节段模型风洞试验,测得不同风向角下,封闭式输煤栈桥各典型支撑塔柱及栈桥桥面两个水平向的基底弯矩和剪力。并通过模型基底力平均值计算并分析了各典型支撑塔柱及栈桥桥面体型系数,得到了体型系数随风向角的变化规律。将体型系数试验值与规范值比较,结果表明二者吻合较好,验证了本试验的可靠性,也说明按照规范进行输煤栈桥抗风设计是合理的。分析了周边建筑物对输煤栈桥风荷载的干扰效应,提出了干扰修正系数,为该建筑物基底弯矩和剪力验算以及结构抗风设计提供依据。     

大跨波浪型低层悬挑屋面风洞试验研究

通过对某文体中心大跨波浪型悬挑屋面的风洞试验研究,讨论了屋檐及大跨围廊悬挑、波浪型屋面的风荷载特性,详细分析了悬挑位置、屋面形状以及风向角等因素对风荷载的影响。试验研究表明,该建筑的流线型外形有利于结构的整体抗风,屋盖大部分区域的风荷载分布类似于平屋面,因此可按规范取值;悬挑围廊由于后部墙体的遮蔽,其上的风荷载比原先设想的要小;悬挑围廊的个别部位存在“兜风”现象,导致该区域风荷载非常大,设计时需引起注意。     

杭州萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖风荷载的风洞试验与数值模拟研究

综合采用风洞试验和计算流体动力学(简称CFD)数值模拟方法,对萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖表面风荷载进行了分析研究.首先,分析了屋盖表面典型位置的平均风压系数和脉动风压系数随风向角的变化规律,进而研究了具有较大平均和脉动风压系数的75°和270°风向角下,屋盖短轴中心位置和边缘位置截面测点平均风压系数随位置的变化情况;然后,研究了典型风向角下屋盖表面体型系数等值线云图,并给出了用于屋盖结构抗风设计的分块体型系数;最后,结合CFD数值模拟所得屋盖周围流场,分析了屋盖风荷载作用机理.结果 表明,来流在屋盖迎风边缘位置存在较为明显的流动分离现象,屋盖总体上处于流动分离区,导致屋盖总体表现为受到向上的风吸力作用;屋盖迎风边缘位置流动分离更为显著,因此该位置的风吸力也最大,比较容易引起屋盖的局部受风破坏.     

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...     

矩形塔式高层建筑满足人舒适要求的三维抗风设计

本文探讨了矩形塔式高层建筑满足人舒适要求的三维抗风设计方法。文中,确定了满足人舒适要求抗风设计的风荷载取值;建立了考虑结构顺风向短周期风振加速度、横风向风振加速度和扭转风振加速度的满足人舒适要求三维抗风设计的计算公式及相应数表。应用文中公式的工程实例设计验算表明,本文方法是十分简明和方便的。     

基于多相流理论的风雨共同作用下鞍形膜结构响应分析

膜结构重量轻、跨度大、自振频率低,对风敏感,因此膜结构抗风设计是一个必须考虑的因素。但在实际中,大风暴雨往往相携而来,仅考虑风荷载对设计已经不足,由此而出现的事故也有发生,因此风雨共同作用下膜结构的设计成为一个现实问题。以此为背景研究风雨共同作用下鞍形膜结构的响应,基于多相流理论的欧拉-欧拉模型,考虑降雨强度、雨滴直径、体积分数和末速度等对风荷载的影响,取4种风向角,3种不同降雨强度和3种不同风速,对比风速变化、雨强变化等对鞍形膜结构响应的影响。结果表明:风雨共同作用时鞍形膜结构位移、应力显著增加;45°风向角下结构稳定性较差。     

高层建筑群体干扰效应数值模拟研究

通过数值模拟研究了某超高层建筑群风荷载特性及相互干扰效应。结果表明:不同风向角对建筑群体周围风场影响较大,在建筑角部及塔楼之间的空隙位置存在显著的加速现象。建筑风荷载及顺风向阻力系数受相邻建筑干扰明显,随着风向角的改变,建筑表面风荷载及整体受力特性都会发生相应变化,在实际设计中,应考虑建筑群体效应对设计风荷载的影响。