高层建筑表面风压干扰效应研究

基于刚性模型测压实验,研究了不同干扰条件下高层建筑表面风压特性。结果表明:(1)单体建筑表面迎风面风压系数均为正值,其余各面均为负值,且迎风面位于中上部的测点平均风压系数较大;(2)受到来流方向周边建筑的遮挡效应,迎风面转为负压;(3)周边建筑的干扰,使得表面脉动风压系数大于单体工况;(4)上风向周边建筑的干扰效应比下风向更为明显。获得的结果可以为此结构设计提供风荷载,同时也为其他建筑的抗风设计和风洞实验提供技术参考。     

L形和U形三维钝体结构绕流的数值模拟研究

采用大涡模型对L形和U形三维钝体建筑物的绕流特性和风压分布特性进行数值研究。考虑平均和脉动速度入口边界,在雷诺数为1.5×10~5～7×10~5条件下,对2种钝体的9种分析工况进行瞬态动力分析,并将计算结果与已有研究进行对比。研究表明,钝体绕流对周围流场影响的强弱程度依次为尾流区、屋顶区、来流区,影响大小随着流场与钝体之间距离、钝体建筑高宽比、离地高度的增大而减小,且对来流区0.25H、屋顶上部0.4H、左右两侧0.5H、尾流区2.0H范围内流场的影响最大;钝体迎风面风压分布比较均匀,而侧面、背面和顶面受绕流涡旋的影响较大,平均风压分布较为复杂,并与脉动风压分布具有类似的变化趋势。研究结果对结构抗风设计与建筑风环境设计具有一定的参考价值。     

湍流对高层建筑风压幅值特性影响的研究

风荷载是高层建筑设计的控制荷载之一,来流湍流对结构风荷载分布和风致响应有很大的影响,研究来流湍流对高层建筑风荷载的影响有很重要的实际意义。本文主要研究来流湍流强度对高层建筑风压幅值特性的影响。为形成不同的湍流强度,本文采用风洞试验的方法,共模拟了五种风场,对2种不同断面相同高度共2个模型进行了研究。结果表明,当湍流强度比我国D类风场的湍流强度明显增大时,模型的四个侧面的平均风压系数在数值上是增大的,但是在背风面和侧面的平均风压系数绝对值是减小的;在D+风场中,背风面和侧风面出现了小正压。特别是背风面平均风压系数增加量比迎风面前后对应位置增加量更大,从而使整个结构所受的平均风阻力减小。高湍流强度对高层建筑表面风压有明显影响(如小正压),可为高层建筑抗风设计提供参考。     

悬挂网壳结构风压分布的环境影响因素研究

为了研究环境因素对机场大跨度悬挂网壳结构风荷载分布特性的影响,通过在SST k-ω湍流模型的基础上结合CFD技术对悬挂网格结构进行风洞试验数值模拟,验证了数值模拟方法的准确性并对比研究了周边建筑、围护结构、地势高低与支撑结构等不同环境因素下悬挂网壳风荷载分布规律,发现：周边建筑可以对风荷载起到遮挡效果,降低网壳表面风压,遮挡效果随着夹角的增大逐渐衰弱;有围护结构的封闭式悬挂网壳较开放式悬挂网壳存在更大的风压梯度,在一定程度上可以提高结构承风能力,但对于非规则网壳结构无规律可循,故在实际工程中,需根据情况具体分析;随着悬挂网壳结构所处地势高度的增加,其受到风压的影响程度有一定的增幅,但当地势变化差异不大时,结构受风扰动不明显;拱梁对结构表面风压分布趋势影响较小,对风荷载起到了遮挡作用,可以降低悬挂网壳结构风压系数值。     

滑移隔震结构的抗风稳定性分析

滑移隔震结构要求在风荷载作用下保持安定。应用多种方法研究了不同摩擦系数、不同基本风压作用下滑移隔震体系的抗风稳定性：（1）考虑一阶振型的等效静力法；（2）采用谐波合成法模拟近似的具有给定功率谱密度函数的脉动风，作用于结构上，进行动力时程分析；（3）根据风压的功率谱密度函数计算脉动风压的概率法。研究结果表明时程分析法与概率法得到的风荷载相近，大于等效静力法得到的风荷载。摩擦系数为0.1可以满足基本风压小于0.90kN／m^2地区滑移隔震结构的抗风稳定性。     

新型超高层节能建筑抗风研究

在大气边界层风洞进行了"珠江城"商务写字楼大比例尺(1:150)模型风洞试验,通过对风洞试验数据分析,获得了基础等效静风荷载及结构顶部风致加速度响应。并将其结果与其它较小比例尺的两个风洞试验结果相对比,分析了模型几何缩尺比、周边建筑及平均风剖面对试验结果的影响。获得的结果可以为此结构设计提供风荷载,同时也为其他建筑的抗风设计和风洞实验提供技术参考。     

基于性能的结构抗风设计理论框架

提出了基于性能的结构抗风设计理论框架,将风压强度划分为4个设计风压等级（弱风压、中风压、强风压及超强风压）,将人体振动舒适度划分为6个等级（无振感、轻微振感、中等振感、烦恼、非常烦恼和无法忍受）、三种振动水平（与人的舒适感相关的振动水平、与人正常工作和操作有关的振动水平、与人的生理健康直接相关的振动水平）。结合不同类别建筑物的性能需求及人体振动舒适度的要求,将结构风振性能水准划分为4种状态（性能健康、性能亚健康、性能病态及性能丧失）,将结构风振性能目标划分为5个等级（A、B、C、D、E）。提出了结构抗风概念设计与计算分析的一般原则,给出了结构性能抗风安全性评价及社会经济评价基本内容的建议。     

建筑物表面风压以及风场的数值模拟与风洞实验研究

利用自主开发的模拟建筑物周围风环境数值模式“北京大学大气环境模式”(Peking University Model of Atmospheric Environment, PUMA), 通过求解非静力动力学方程, 模拟了一个特殊塔型结构建筑物周围的空间流场以及建筑物表面风压系数的分布特征, 同时与风洞实验的数据进行了对比, 对该拟建项目可能导致的风环境问题以及建筑表面风荷载进行了评估. 模拟结果与实验数据的比较显示, 两者在速度场与建筑表面风压系数具有较好的吻合度, 体现了该模式在风场以及压力场计算方面的良好性能. 但通过与实验结果的对比不难发现, 模式的结果在某些情况下与试验存在较大的误差. 造成这种偏差的原因, 一方面是模式现有的分辨率为水平方向2 m, 垂直方向3 m, 难以将塔型结构建筑物表面的气压变化完全精确的展现出来; 另一方面, 固壁面上格点的气压和周边空间气压分布之间关系的参数化方案, 仍需要进一步改进. 从整体来看, 该模式模拟结果与风洞实验基本吻合, 可以较好计算特殊形状钝体结构建筑物导致的风场以及风压分布情况. 研究表明该数值模式可用以评估建筑物的表面风压及周围的风环境, 在建筑物的风工程项目中具有良好的应用前景.     

典型体育场屋盖风荷载特性的风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场刚性模型进行了表面测压风洞试验,介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,分析了结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律,给出了该体育场屋盖上的对应于50年和100年重现期的10min平均风压值及前10个最小极值风压值。分析表明：风压系数平均值分布规律明显,能体现屋盖上流场分布的情况;均方根值能在一定程度上反映出气流分离和旋涡脱落情况。典型体育场屋盖上表面主要分布负压,其中迎风边缘及突出部位较大,低凹处及尾流区域较小;屋盖下表面在迎风的钝体边缘有较大区域正压出现,背风处分布有不大的均匀负压。     

大跨开合屋盖风荷载与风致响应试验与数值计算研究

为研究屋盖开孔对大跨结构风效应的影响,在边界层风洞中开展了大跨开合屋盖刚性模型风洞测压试验,分析了结构表面风荷载分布特征,基于时域分析法研究了屋盖开合对风致响应的影响。结果表明:大跨结构模态密集,第一阶模态能量最大,高阶成分的贡献不容忽视;屋盖开洞能有效的减小屋面风荷载,降低位移响应与加速度响应,减小风振系数。研究结果可为大跨开合屋盖风荷载设计提供参考。