超高層建筑的風(fēng)荷載-風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái)，高層建筑在世界各地大量涌現(xiàn)，僅在中國(guó)就出現(xiàn)了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的高層建筑。高層建筑一般采用高強(qiáng)輕質(zhì)的材料，相對(duì)以前低矮的建筑而言，高層建筑柔性更高阻尼更小，對(duì)風(fēng)荷載更加敏感。所以，高層建筑風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)成為了廣大結(jié)構(gòu)工程師和學(xué)者最為關(guān)心的問(wèn)題，并因此進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)研究。
　　 本文主要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法，對(duì)風(fēng)荷載作用下正方形截面超高層建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行了深入的研究。目前，在超高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，風(fēng)洞

2、試驗(yàn)已被廣泛采用。數(shù)值模擬一個(gè)強(qiáng)大的工具，它能為設(shè)計(jì)風(fēng)壓提供詳細(xì)有用的信息，是風(fēng)洞試驗(yàn)的有效補(bǔ)充。近來(lái)，計(jì)算科學(xué)的不斷發(fā)展為高層建筑風(fēng)荷載的數(shù)值模擬新方法提供了可能。由于在初步設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)既耗時(shí)且昂貴，所以本文的另一個(gè)目的就是尋求合適的預(yù)測(cè)高層建筑風(fēng)壓和建筑環(huán)境風(fēng)速的數(shù)值模擬方法。
　　 本文以重慶國(guó)際開(kāi)發(fā)金融大廈為實(shí)例進(jìn)行研究。重慶已經(jīng)有12棟超過(guò)200米的建筑，該建筑結(jié)構(gòu)位于重慶市渝中區(qū)中央商務(wù)區(qū)地段，周?chē)植贾?/p>

3、許多高層建筑。該高層建筑共64層，總高295米，截面基本為正方形，高寬比約為6.5，超過(guò)了現(xiàn)行中國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。該高寬比表明該建筑柔性較大，需對(duì)該超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)荷載作用下深入實(shí)例分析。
　　 為了研究該超高層建筑在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)并對(duì)設(shè)計(jì)提供參考，進(jìn)行了以下三項(xiàng)風(fēng)洞試驗(yàn)：
　　 1.采用高頻動(dòng)態(tài)天平測(cè)力試驗(yàn)測(cè)量了該超高層建筑脈動(dòng)風(fēng)荷載時(shí)程。試驗(yàn)包括不考慮和考慮周?chē)渌ㄖ绊憙煞N工況。詳細(xì)討論了該結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)

4、、風(fēng)荷載譜特性和風(fēng)荷載自相關(guān)、互相關(guān)函數(shù)，以及位移和加速度響應(yīng)。這些結(jié)果都明顯的反映出周?chē)ㄖ?duì)該超高層建筑脈動(dòng)風(fēng)荷載的影響。
　　 2.進(jìn)行了該建筑模型表面風(fēng)壓測(cè)量的風(fēng)洞試驗(yàn)。通過(guò)采用表面風(fēng)壓測(cè)量設(shè)備，采集了試驗(yàn)?zāi)Ｐ透鱾€(gè)測(cè)點(diǎn)位置的風(fēng)壓系數(shù)。同時(shí)，也測(cè)出了結(jié)構(gòu)模型表面的正、負(fù)風(fēng)壓的分布情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。通過(guò)建筑模型表面風(fēng)壓的分布情況，得到了周?chē)ㄖ?duì)該建筑風(fēng)壓分布的影響情況。行人高度風(fēng)環(huán)境測(cè)試。風(fēng)洞試驗(yàn)中，通過(guò)采用行人

5、高度風(fēng)測(cè)量探頭測(cè)出行人高度風(fēng)速，并采用風(fēng)速比評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，分析了行人高度風(fēng)速分布情況，得出此建筑周邊行人風(fēng)環(huán)境較好。
　　 3.通過(guò)行人高度風(fēng)環(huán)境測(cè)量并運(yùn)用風(fēng)速比方法進(jìn)行了行人高度風(fēng)環(huán)境舒適度分析，得出此建筑周?chē)腥孙L(fēng)環(huán)境滿足要求。
　　 采用計(jì)算流體力學(xué)商業(yè)軟件Fluent6.2進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用三維湍流模型Realizable k-ε并進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)計(jì)算，對(duì)該建筑周?chē)腥烁叨蕊L(fēng)環(huán)境的舒適度進(jìn)行了評(píng)估，并分析了該建筑表面

6、風(fēng)壓分布。數(shù)值模擬結(jié)果和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 通過(guò)三維湍流模型Realizable k-ε穩(wěn)態(tài)計(jì)算模擬，得出結(jié)構(gòu)表面正負(fù)風(fēng)壓的分布情況與風(fēng)洞試驗(yàn)中測(cè)得的模型表面風(fēng)壓分布情況比較吻合。湍流模擬為該建筑周?chē)娘L(fēng)環(huán)境提供了有價(jià)值的參考。因此，在高層建筑初步設(shè)計(jì)階段，建議能利用數(shù)值模擬方法來(lái)了解結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布情況和風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的其他影響。
　　 通過(guò)該高層建筑風(fēng)洞試驗(yàn)與數(shù)值模擬的聯(lián)合應(yīng)用，更加深入的了解了風(fēng)對(duì)正方形截