角对角双子塔的气动特性及其抗风设计

为了给角对角双子塔的抗风设计提供参考,采用同步测压风洞试验方法,从结构风荷载与风振加速度的角度研究了角对角双子塔在不同间距和不同风向角下的气动特性与风振响应特点。研究结果表明:就风致响应而言,角对角双子塔存在两个最不利风向角,分别为斜向45°左右和近串联方向的80°左右;在45°风向角附近,角对角双子塔会出现振幅较大的横风向涡激振动,但受到双塔间的气动干扰作用,相应的横风向涡激振动将小于独塔情况,且双塔间有利的气动干扰作用对上游塔比对下游塔更加明显;在80°风向角附近时下游塔将受到上游塔的尾流影响,有可能出现较大振幅的尾流抖振响应;45°左右风向角产生的横风向涡激振动主要出现在亚临界至临界风速下,风速相对较低;80°左右风向角出现的尾流抖振主要发生在超临界风速下,风速相对较高。考虑到大多数超高层建筑的设计风速都小于或接近涡激临界风速,因此控制45°风向下的横风向涡激振动是抗风设计的关键。在这种情况下,采用较小间距的角对角双子塔对抗风设计有利。     

来流湍流特性对双塔建筑风效应的影响

为了研究风场中来流的湍流特性对双塔建筑的气动力以及风致响应的重要影响,文中通过风洞同步测压试验,分别得到方形双塔在层流风场与湍流风场下的气动力,然后采用频域计算方法得出两个塔楼在不同风场下的风致响应。结果表明,来流中的湍流作用将极大地改变双塔的风荷载,在层流中两塔受到更大的平均风荷载,而湍流中将受到更大的脉动风荷载,同时在湍流风场下双塔结构的整体位移响应也会明显增加。     

超高层双子塔面对面与角对角布局的气动特性与抗风性能比较

在风洞试验和数据分析的基础上，对面对面和角对角两种布局的双子塔建筑的气动特性和抗风性能进行了对比研究。研究的目的是为超高层双子塔的设计选型优化提供技术参考。结果表明，双塔建筑对风效应的性能取决于多个因素，包括双塔间距、结构动力特性、设计风速等。在较低的约化风速下，这两种布局的双子塔风效应没有明显差别。然而，当约化风速达到7以上后，双子塔将对塔楼的间距变得相当敏感，从而这两个不同的布局的抗风性能差别就会很明显。当双塔的相对间距在0.5左右或更窄时，角对角布局会导致严重的尾流激振，因此面对面布局的抗风性能相对较好。然而，随着间距的增加，角对角布局中的尾流激振会相应减弱。同时，角对角布局开始展示在借助气动干扰抑制涡激振动方面比面对面布局更为持续的优点，这导致角对角布局下的横风向动力响应比面对面布局显著减小。在相对间距为2时，角对角布局的风致倾覆力矩仅为面对面布局时的60%左右。