高层建筑等效静风荷载及抗风研究

风荷载是超高层建筑结构设计的主要控制荷载,对超高层结构进行风洞试验是结构抗风研究的重要方式。文中基于刚性模型多点同步测压风洞试验,介绍了风洞试验数据的处理方法。推导一个通用矩阵R,建立风压系数与风荷载的关系,计算出楼层的平均风荷载,并通过编写通用程序实现由风压系数转换成风荷载的过程。然后通过CQC方法计算等效静力风荷载,将随机振动的风荷载计算问题转化为静力荷载计算问题。文中介绍的方法可以快速计算等效静风荷载。采取这种高效率计算等效静风荷载的方法,为超高层结构抗风优化设计提供了指导。最后通过有限元软件SAP2000对超高层结构进行分析。     

基于大涡模拟的超高层建筑风振响应分析

计算风工程作为风洞试验的补充技术,已得到越来越多的应用,但是使用RNS方法进行非定常计算精度低,而大涡模拟可对大尺度漩涡直接求解,可以得到较精确的模拟结果。因此对超高层建筑进行了多工况的CFD大涡模拟,研究不同风向角下建筑表面风荷载的变化规律,并与风洞试验结果进行对比,简要阐述了建筑体型对风荷载的影响。将大涡模拟得到的非定常风压时程作为结构激励,采用频域法计算高层建筑的随机振动响应,根据惯性风荷载方法,求解结构的等效静力风荷载,并与风洞试验结果进行对比。对比分析表明,大涡模拟技术可以很好地模拟建筑表面风荷载,并可以克服测点布置、不同步测试带来的系统误差;频域法分析得到的等效静力风荷载与风洞试验结果基本一致,可以将本文方法计算得到的风荷载作为设计依据。     

典型截面超高层建筑风洞试验与荷载规范计算的等效静力风荷载比较分析

对椭圆形截面和矩形截面的两栋超高层建筑进行了风洞试验,获得了作用在结构上的气动力。在此基础上计算得到了用于结构设计的顺风向、横风向的等效静力风荷载及风振位移和加速度响应。基于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)给出的方法计算了两栋高层建筑的等效静力风荷载,与风洞试验的结果进行了对比,并进一步讨论了振型的阶数对等效静力风荷载、风振位移和加速度响应的影响。     

超高层建筑上实施风力发电可行性研究

珠江城商务写字楼高309.6m,在大楼中上部建造4个风洞(吸风口)并安装有4个风能发电机进行风能发电。通过大比例尺(1∶150)模型的风洞试验,研究吸风口内风速放大效应;利用全尺寸CFD数值模拟评估在3年重现期风速下风机运行及气流流经吸风口引起的噪声影响;通过CFD数值模拟获得来流为40m/s时风机切入绕流的风荷载,建立风机及其上下8个楼层范围内的结构有限元模型,并将CFD数值模拟获得的风荷载作为输入荷载评估了风机运行时对其连接的上下两个楼层振动的影响。研究结果表明:①建筑外形及吸风口的喇叭口形状对气流具有明显的加速作用;②受到周边建筑的干扰作用,出现明显的"峡谷风效应",有周边工况下吸风口的风速放大效应出现在2号吸风口(tunnel-2);③在绝大多数情况下,4个吸风口均能达到风机运行时所需的风速要求,风力发电基本能够正常运行;④在3年重现期风速下,风机运行及气流流经吸风口产生的噪声小于50分贝,满足城市2类地区的噪声限制要求;⑤在吸风口处的来流风速为40m/s情况下,风机运行产生的振动较小,满足高层建筑对结构振动舒适度的要求;⑥在超高层建筑上实施风力发电是可行的,乃利用可再生能源的一种创新策略。     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

温州东海广场超高层建筑三维风振分析

温州东海广场是高200m的超高层建筑,风荷载是其结构设计的控制荷载之一。进行了刚性模型同步测压风洞试验,以此为基础,根据随机振动原理,考虑了风力相关性及振型耦合,对温州东海广场超高层建筑进行了风振响应分析,计算得到36个风向角下的风致响应和等效静力风荷载。计算结果表明,温州东海广场工程主塔楼Y轴方向的风荷载大于X轴方向风荷载,80°风向角为不利风向;角点和质心位置的合加速度响应均小于0.15m/s2,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)顶点最大加速度限值的要求。     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明:复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

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。     

十字形超高建筑间距对建筑群的干扰效应影响研究

为研究十字形超高层建筑组成的建筑群的风荷载干扰效应,本文基于计算流体力学Realizable K-e模型,数值模拟了单体十字形超高层建筑和由十字形超高层建筑组成的建筑群在不同间距(24m、30m、36m)下的风环境及建筑表面风荷载,获得了其建筑表面风压、风荷载局部体型系数、等效静风基底弯矩及干扰因子等结果,将两者结果进...     

高层建筑风载体型系数的试验初探

介绍了建筑物动态风压风洞试验的方法和结果,探讨了利用试验获得的风压系数求解高层建筑风荷载和风载体型系数的过程和方法,并经工程实例验证准确可行,有助于建筑设计与施工人员利用动态风压风洞试验结果较为方便地计算高层建筑整体结构风荷载。     

局部受损低矮房屋平均风压特性试验研究

通过风洞试验对村镇地区常见的带有硬山搁檩的双坡屋面风压规律进行研究,讨论了房屋在完全封闭、门窗洞口打开以及屋面开洞三种情况下的屋面外部、内部平均风压系数在不同方向角下的分布特性。试验结果表明:硬山搁檩双坡屋面在风向角为50°,60°时,外屋面角部易破坏;屋檐下部的风压系数随屋面坡度的改变而改变;门窗开洞时内屋面风压会加大屋面荷载;屋面开洞对降低屋面风荷载起到有利作用。     

浙江天台山风电场设计

介绍了浙江天台山风电场的区位优势,对风力发电机的选型和布置进行了研究,探讨了电气与土建设计方式,研究了风电机组的运输与安装方法,并针对风电场运行出现的问题提出了改进对策,指出经过改进维护,全部风机进入正常运行发电状态。     

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。     

长方体建筑屋顶风能利用效能研究

屋顶安装小型风力发电机是近几年来新发展的一种风能利用形式。以年平均风速为对象,研究建筑屋顶风能利用的效能,提出衡量建筑风能利用效能的6个性能指标。利用CFD数值模拟方法分析了长方体建筑平屋顶对风能的利用效果,考察了不同迎风角下控制点的性能指标,探讨屋顶风力机安装的最佳位置和排列形式。对长方体建筑屋顶形式进行分析,对比了4种不同屋顶形式的风能利用效能。     

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。     

从风荷载对轻钢结构房屋的破坏看抗风设计

介绍了美国MBMA 96和FM关于轻钢结构房屋的风荷载设计方法和规定,对国内轻钢房屋风载设计提出一些建议.     

Testing of low-voltage ride through capability compliance of wind turbines – a review

The increasing grid integration of wind power has led to the compulsory requirement of low-voltage ride through capability (LVRT) in wind turbines. Grid codes for LVRT capability of wind turbines are proposed in all major wind-energy-producing countries. The testing of LVRT capability compliance of the wind generators as per the specified grid codes during different fault conditions is essential to ensure its reliability. The testing process is generally done by the manufacturers and crucial for certification as per the IEC 61400-21 international standard for measurement of power quality characteristics of wind turbines. This review analyses the various testing tools under the software- and hardware-based categories. The review helps in understanding the present challenges in implementation of wind turbines, to alleviate the difficulty in LVRT testing procedures.     

Wind interference effects of a ventilated supertall building on its neighboring supertall building—A case study

Opening ventilating holes on a supertall building is an effective way to reduce its wind‐induced structural response and enhance its wind‐resistant performance. However, its interference effect on the neighboring supertall buildings has seldom been studied yet. Taking two actual neighboring buildings, the Guangdong International Financial Center (IFC) and the Guangzhou Chow Tai Fook Finance Centre (CTF) as examples, this study carried out high‐frequency force balance wind tunnel tests to investigate the interference effect of the IFC's ventilating openings on the wind‐induced response of CTF. Results show that when CTF is located in the downstream area of IFC, the ventilating openings on IFC make the high‐energy frequency band of the power spectral density (PSD) of CTF's crosswind aerodynamic load offset obviously towards the lower frequency interval. Consequently, the wind‐induced response of CTF can be significantly magnified or minified depending on the reduced structural natural frequencies. Since the reduced natural frequency for the structural base bending moment computation is usually smaller than that for the acceleration response computation, ventilation openings on IFC can be advantageous to the crosswind base bending moment response relevant to structural safety design, and disadvantageous to the acceleration response relevant to occupant comfort assessment.     

复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟

基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。     

Building mounted wind turbines and their suitability for the urban scale—A review of methods of estimating urban wind resource

In this paper, a review is presented of academic literature regarding urban wind speeds for building mounted wind turbines. Site measurement of wind speed requires time and money that often are not available for small micro-generation projects. Research into wind speed estimation for the urban environment has shown that street canyons affect urban wind flow, that wind speed up over the roof ridge is only evident for isolated single buildings, that the wind resource “seen” by a building mounted wind turbine is affected by positioning (height above roof ridge and position relative to the prevailing wind direction), that urban terrain roughness is high, and that adjacent buildings can cause wind shadow. This multiplicity of factors makes it difficult to generalise a wind resource estimation methodology for the urban environment. Scaling factors may prove to be a practical solution, provided the accuracy of their use is well understood.