高层建筑脉动风荷载特性

高层建筑数量多、分布广,其抗风问题受到广泛重视。为全面总结高层建筑风压和风荷载特性,文章对前人研究进行综述,并对来流顺风向风速与方形断面高层建筑模型表面风压开展同步测量。分析风速-迎风面风压准定常理论关系和风速-风压/力气动导纳,及建筑各表面点风压时特性、频特性、空间分布特性、概率分布特性和空间相干性;阐明迎-背风面阻力相关性,明确两侧风面升力间相关性并分析横风向升力的时、频特性;通过相平面轨迹和相关函数研究了正风向下基底弯矩和扭矩相关性。最后明确了当风向变化时,基底弯矩和扭矩时特性、频特性、(非)高斯特性及互相关特性的变化规律。在综合前人研究的同时,系统明晰风速-风压-风力的传递关系,完整阐述高层建筑表面风压和风荷载的时、频特性,全面概括了高层结构抗风设计过程中风荷载基本概念。

几种非平稳分析方法对非平稳风力时程的比较分析

非平稳信号的分析方法是信号分析领域中的一个重要问题。本文以风洞试验获得的非平稳风压信号和升力系数信号为研究对象,分别采用短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布,小波变换方法和Hilbert-Huang变换(HHT)方法对信号进行时频分析。分析结果表明,由于短时傅里叶变换、Wigner-Ville分布,小波变换方法都是基于傅里叶变换,因此,得到的频谱特性都大致相同,只是在分析的精细程度上有所差异;HHT方法可以获得有意义的瞬时频率,从而给出频率随时间变化的精确表达,信号最终被表示为时频平面上的能量分布,成为Hilbert谱,该方法适用于分析生活中普遍存在的大量频率随时间变化的非线性、非平稳信号,可将复杂的信号直接分离成从高频到低频的若干阶固有模态函数。另一方面,无论用哪一种分析方法都可以看出,风速和风压信号的能量大多分布在低频部分,高频部分所占比例很少,而升力信号的能量大多分布在高频部分,低频部分所占比例很少。本文采用HHT方法提取起控制作用的信号主成分。

柱面壳体表面风压分布特性风洞试验研究

基于刚性模型的风洞试验,在不同风攻角及场地条件下,对考虑不同长跨比的柱面壳体表面风压分布进行了同步测量.根据测量结果对壳体表面风压场特性进行了分析,包括风压系数、整体风力系数、脉动风压自功率谱及互功率谱、风压场本征正交分解特性、雷诺数对壳体表面风压分布的影响等.结果表明,此类曲面模型表面风压分布受雷诺数影响明显,且模型曲面特性使得风场本征正交分解的前几阶特征模态对整个风压分布的贡献增大.

基于POD方法的高层建筑表面脉动风压场分解与重构

对于风敏感建筑,其表面风压、风力场重构与预测在主体结构风致响应计算和围护结构风荷载设计时具有重要作用。为此,基于刚性模型测压风洞试验,采用本征正交分解(proper orthogonal decompositions,POD)方法,研究了方形截面高层建筑表面风压场在开阔和城市两种地貌下的作用机理及风压、风力重构与风压预测过程。通过分析主坐标和原始广义力的频谱特性并对比二者相关特性,定量分析了前三阶特征模态分别与顺、横风向广义风力的确定性联系。研究表明:在重构风压、风力时,可以采用低阶主坐标重构时程的均方值占试验时程均方值的占比确定参与重构的模态;重构所得点风压、层间风力和广义风力达到同样精度时参与模态数不断降低,且重构所得顺、横风向广义风力仅需单一主导模态参与;采用部分测点脉动风压对驻点高度典型风压进行预测,与测压试验时程、均方根和功率谱对比发现,预测精度较高。