超高層建筑的風荷載-風洞試驗和數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，高層建筑在世界各地大量涌現(xiàn)，僅在中國就出現(xiàn)了數(shù)以萬計的高層建筑。高層建筑一般采用高強輕質(zhì)的材料，相對以前低矮的建筑而言，高層建筑柔性更高阻尼更小，對風荷載更加敏感。所以，高層建筑風荷載作用下的響應(yīng)成為了廣大結(jié)構(gòu)工程師和學者最為關(guān)心的問題，并因此進行了大量的數(shù)值模擬和風洞試驗研究。
　　 本文主要通過風洞試驗和數(shù)值模擬方法，對風荷載作用下正方形截面超高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性進行了深入的研究。目前，在超高層建筑設(shè)計過程中，風洞

2、試驗已被廣泛采用。數(shù)值模擬一個強大的工具，它能為設(shè)計風壓提供詳細有用的信息，是風洞試驗的有效補充。近來，計算科學的不斷發(fā)展為高層建筑風荷載的數(shù)值模擬新方法提供了可能。由于在初步設(shè)計階段，傳統(tǒng)的風洞試驗既耗時且昂貴，所以本文的另一個目的就是尋求合適的預測高層建筑風壓和建筑環(huán)境風速的數(shù)值模擬方法。
　　 本文以重慶國際開發(fā)金融大廈為實例進行研究。重慶已經(jīng)有12棟超過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，周圍分布著

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，超過了現(xiàn)行中國設(shè)計規(guī)范和標準。該高寬比表明該建筑柔性較大，需對該超高層建筑結(jié)構(gòu)進行風荷載作用下深入實例分析。
　　 為了研究該超高層建筑在風荷載作用下的響應(yīng)并對設(shè)計提供參考，進行了以下三項風洞試驗：
　　 1.采用高頻動態(tài)天平測力試驗測量了該超高層建筑脈動風荷載時程。試驗包括不考慮和考慮周圍其他建筑影響兩種工況。詳細討論了該結(jié)構(gòu)的風力系數(shù)

4、、風荷載譜特性和風荷載自相關(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圍建筑對該超高層建筑脈動風荷載的影響。
　　 2.進行了該建筑模型表面風壓測量的風洞試驗。通過采用表面風壓測量設(shè)備，采集了試驗模型各個測點位置的風壓系數(shù)。同時，也測出了結(jié)構(gòu)模型表面的正、負風壓的分布情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù)。通過建筑模型表面風壓的分布情況，得到了周圍建筑對該建筑風壓分布的影響情況。行人高度風環(huán)境測試。風洞試驗中，通過采用行人

5、高度風測量探頭測出行人高度風速，并采用風速比評估標準，分析了行人高度風速分布情況，得出此建筑周邊行人風環(huán)境較好。
　　 3.通過行人高度風環(huán)境測量并運用風速比方法進行了行人高度風環(huán)境舒適度分析，得出此建筑周圍行人風環(huán)境滿足要求。
　　 采用計算流體力學商業(yè)軟件Fluent6.2進行了數(shù)值模擬研究。采用三維湍流模型Realizable k-ε并進行了穩(wěn)態(tài)計算，對該建筑周圍行人高度風環(huán)境的舒適度進行了評估，并分析了該建筑表面

6、風壓分布。數(shù)值模擬結(jié)果和設(shè)計規(guī)范進行了對比分析。
　　 通過三維湍流模型Realizable k-ε穩(wěn)態(tài)計算模擬，得出結(jié)構(gòu)表面正負風壓的分布情況與風洞試驗中測得的模型表面風壓分布情況比較吻合。湍流模擬為該建筑周圍的風環(huán)境提供了有價值的參考。因此，在高層建筑初步設(shè)計階段，建議能利用數(shù)值模擬方法來了解結(jié)構(gòu)表面風壓分布情況和風荷載對結(jié)構(gòu)的其他影響。
　　 通過該高層建筑風洞試驗與數(shù)值模擬的聯(lián)合應(yīng)用，更加深入的了解了風對正方形截