湍流特性对圆形高层建筑风荷载的影响研究

在四类不同湍流特性的风场和均匀风场中对圆形高层建筑模型进行同步测压试验,分析了模型表面风压系数、层风力系数及其功率谱、基底力矩系数及其功率谱的变化规律。结果表明:相比基准C类风场,湍流强度增大使得脉动风压系数明显增大,平均阻力系数减小,横风向脉动基底弯矩系数增大;随着湍流积分尺度的减小,背风面平均风压系数和脉动风压系数的绝对值均减小,CL2风场结果的减小值更为明显;层风力系数随湍流积分尺度减小而减小,湍流积分尺度的变化对层脉动升力系数和横风向脉动基底弯矩系数的影响可以忽略;湍流特性对基底力矩功率谱和顺风向层风力功率谱影响不大;随着湍流积分尺度的减小,横风向层风力功率谱谱峰对应的折减频率不断增大。

湍流特性对高层建筑风力特性的影响研究

强/台风的湍流特性往往变化较大,现有关于湍流特性对高层建筑风力特性影响的研究大多忽略了湍流积分尺度,只考虑了湍流强度的变化。本文基于方形高层建筑模型测压试验,研究了湍流积分尺度和湍流强度对高层建筑模型风力系数、功率谱和相关性的影响。结果表明:随着湍流强度的增大,层平均、脉动阻力和脉动升力系数增大;横风向层脉动风力功率谱的峰值和斯托罗哈数呈减小趋势;层脉动风力相关性增强;顺风向、扭转向脉动基底力矩系数明显增大;基底力矩功率谱变化规律与相应的层脉动风力类似。随着湍流积分尺度减小,层阻力系数明显减小;顺风向基底弯矩系数逐渐减小;顺风向、横风向层风力相关性减弱;层脉动风力功率谱变化不明显。

湍流参数影响下高层建筑风压的不确定性研究

极值风压是高层建筑围护结构抗风设计的依据,本文利用挡板和粗糙元模拟出《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)规定的C类风场,以此为基准,保持湍流度基本不变,减小湍流积分尺度得到CL1、CL2风场;保持湍流积分尺度基本不变,增大湍流度得到CI风场。在4类风场下对高层建筑模型均进行了500次重复采样试验,通过试验研究了湍流参数影响下高层建筑风压不确定性的基本规律,并确定了满足工程应用的极值风压所需的采用次数。结果表明,湍流度的增大导致高层建筑极值风压的变异系数增大,而湍流积分尺度对极值风压的变异系数的影响基本可以忽略;风压的变异系数达到稳定所需的样本数量主要取决于采样顺序,与湍流参数没有关联性;按《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2018)的规定,活荷载的分项系数取1.5,以1.5作为目标分项系数,4类风场下均只需单次采样即可获得稳定的极值风压。