竖向肋条对高层建筑局部覆面风压的影响

为探究竖向肋条对高层建筑局部风压的影响,采用风洞试验方法研究不同肋条布置情况下高层建筑平均风压和脉动风压的分布特性,分析功率谱和POD模态的变化,探究竖向肋条布置后的风压非高斯性分布变化,最后给出不同工况极值风压系数。结果表明:肋条布置后迎风面的平均风压、脉动风压和极值风压均没有差异;而侧面肋条分界线上的前缘区域负压平均值、脉动值和极值风压有所增大,其余区域负压均减小;由POD可知对风场能量贡献最大为横风向气动力,肋条的布置使得一阶主坐标功率谱峰值降低,肋条分界线上的前缘区域位置的模态值增大较多;肋条布置后侧风面的非高斯性测点个数减少,背风面没有明显变化。其中半布和满布工况对局部风压特性造成的差异相差不大,说明中部的肋条对局部风压影响较小。

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。

悬挑环形廊桥的气动弹性模型试验

针对目前世界上最大悬挑环形玻璃廊桥的抗风设计,建立针对该类桥梁风效应的全气动弹性模型研究方法,以解决基于片条假定的经典桥梁风振理论无法应用于复杂风场下人行桥梁的三维风响应问题.该方法包括根据相似原理选择模型设计参数、针对复杂原型结构系统进行模型的工艺设计以及在风洞中模拟山地地貌造成的大攻角效应.这一方法还包括一种面向设计的计算方法,能够依据荷载效应求算静力等效风荷载分布.结果表明,提出的全气动弹性模型的试验与分析方法对解决复杂风场下复杂桥梁结构的三维风响应问题具有普遍适用性,不但能够提供满足这类结构抗风设计的气动稳定性、设计风荷载与风振加速度等各项参数,而且能够揭示这类结构风效应对结构参数的敏感度,有助于结构的优化设计.

高层建筑风振分析中的模态组合问题

大多数超高层建筑具有两个侧移振动固有频率非常接近的特点,使得风振响应分析中不能忽略其模态相关性。但目前普遍采用的SRSS(Square Root Squares)与CQC(Complete Quadratic Combination)模态组合方法存在理论上的不足,在实际工程应用中不能正确把握风致结构响应特点,对结构的抗风优化设计带来一定的困惑甚至误导。理论分析与数值计算证实了这两种方法的缺陷。SRSS方法完全忽略了模态相关性。CQC方法虽然在一定程度上考虑了模态相关性,但未能反映模态相关性中的相位关系,导致过于保守的计算结果。根据随机振动的基本理论,可建立基于风荷载互谱密度函数的模态组合新方法(称为"CS模态组合法")。这一方法能够完整考虑相邻模态之间的幅值相关性与相位相关性,原理清晰,计算简单,具有实际可操作性。与时域模拟结果的比较验证了这一新方法的可靠性与精确性。

镂空双层幕墙对高层建筑结构风响应的影响

镂空双层幕墙以建筑节能与美学方面的突出优点日益得到建筑界与工程界的青睐。镂空层具有柔化建筑角部气流分离的作用,对控制高层建筑的风振响应也应产生有利影响。为此以一栋典型方形高层建筑的风振加速度和结构风荷载为例,通过详细的风洞试验研究了镂空双层幕墙的效果,重点研究镂空双层幕墙覆盖面积与覆盖位置的影响,同时考察了不同类别场地的影响。研究结果证实了镂空双层幕墙在抑制建筑横风向响应方面的有效性,特别是当镂空双层幕墙位于建筑物上部且覆盖至少1/6总高度时有效性更为显著。同时发现镂空双层幕墙的有效性随约化风速(无量纲参数)不同而有所变化。当约化风速<10.5时,覆盖建筑物上部1/3高度的镂空双层幕墙可使建筑物的加速度降低20%~30%。当约化风速>10.5时,风振加速度和结构风荷载则可以降低多达45%。这表明镂空双层幕墙不仅可以用于降低极端风下的结构设计风荷载,而且可用于改善建筑物在常遇风条件下的运营品质。风洞试验结果还表明,不同场地条件下镂空双层幕墙在减少横风向响应方面的效果基本类似。因此,在建筑优化设计中可以将镂空双层幕墙考虑为对现有建筑空气动力学优化方法的一个理想补充。

建筑覆面风致连锁损坏的概率风险评估

日益密集的城市高层建筑群使得强风时风掷物造成的建筑覆面破坏风险大大增加,与此相关的连锁损坏问题已引起设计人员日渐重视.连锁损坏是指某一局部区域的小面积损坏导致建筑内压的极大改变,从而引发大面积覆面损坏的现象.为评估在设计过程中忽视连锁损坏现象可能带来的覆面损坏风险,本文采用同步风压时程分析与最佳线性无偏估计方法,首先计算无事故与不同程度事故性损坏下的覆面风压,然后结合超越概率方法计算覆面风压与发生概率之间的函数关系,最后得到设定事故概率下的建筑覆面设计风压.为了具体说明这一方法,本文针对一栋典型高层建筑进行案例研究,以确定考虑连锁损坏概率后的覆面设计风压.结果表明楼角区域的正风压对楼角部位的局部损坏最为敏感,其次是楼角区域的负风压.该方法可用于评估建筑表面事故性损坏对覆面设计风荷载的影响,是精细化设计的一个重要方面,同时也有助于发现对局部损坏较为敏感的区域,以便在设计中采取必要措施控制事故性损坏,从而提高设计的可靠性.

双子塔气动力及其相关性对间距的敏感度研究

超高层双子塔的气动干扰和荷载相关性是描述其风荷载并进行抗风优化的重要参数,而双塔之间的间距对这两个特性有重要影响。利用同步测压的风洞试验方法,确定不同风向下双子塔上的风荷载与双塔相邻间距大小之间的函数关系,之后借助相关系数和相干函数分别在时域和频域中研究了不同间距下风荷载的相关性。结果表明:在大多数情况下,随着双塔之间间距的减小,每个塔上的风荷载尤其是横风向脉动荷载趋于减小;双塔横风向脉动荷载在多个间距下表现为负相关关系,该负相关性在双塔沿风向前后排列时更为明显。所得研究结果揭示了间距的选取在双子塔抗风优化中的重要作用,并对连体的设计具有指导意义。

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。

封面图片说明

封面图片来自本期论文"镂空双层幕墙对高层建筑结构风响应的影响",是浙江大学建筑工程学院谢霁明教授课题组提出的对现有建筑空气动力学优化方法的一个理想补充的原理示意图。为实现建筑物的节能低碳目标,镂空双层幕墙系统逐渐得到重视与普及,该系统由内玻璃幕墙与外镂空幕墙组成,且两者之间存在一定空隙,不但具有建筑美学功能,还能在一定程度上减小内玻璃幕墙风压。

空间结构等效静力风荷载求算的通用方法

为解决各种类型的空间结构在确定设计风荷载时的复杂性问题,提出了一种基于风洞试验同步测压数据求算等效静力风荷载的通用方法.该方法从荷载效应的等效原理出发,由此得出的等效静力风荷载基于风压包络面定义的合理性,具有很好的通用性.通过采用更为精确的相关谱模态组合法(CS模态组合法)计算惯性荷载,并结合针对荷载效应风向折减的超越概率分析,使计算结果更为精确合理.这一方法通过对风荷载中的平均分量、背景分量以及惯性分量分别计算后叠加的流程,还可以辅助结构的抗风优化设计,特别适用于评估设计风荷载对结构特性调整的敏感度.通过对两个具体应用实例的分析,证明了这一方法的通用性.