高層建筑的抗風(fēng)實測分析與大跨度屋蓋的風(fēng)致響應(yīng)研究.pdf

1、本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)作用下進行現(xiàn)場實測分析，并對高層建筑風(fēng)致作用進行數(shù)值計算，對于大跨度懸挑屋蓋進行風(fēng)洞試驗和風(fēng)致響應(yīng)計算，并提出等效風(fēng)荷載的實用計算方法。本文主要包括如下一些工作： (1) 在對不同臺風(fēng)登陸后進行長時間連續(xù)觀測獲得的實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了臺風(fēng)的功率譜、湍流積分尺度和峰值因子等臺風(fēng)相關(guān)特征以及在臺風(fēng)作用下的被測結(jié)構(gòu)的自振頻率、加速度和阻尼特征等，包括湍流積分尺度、峰值因子自身特征及其和風(fēng)速之間的相

2、互關(guān)系、被測結(jié)構(gòu)的自振頻率及其在設(shè)計階段通過有限元模型計算的自振頻率之間的關(guān)系、被測結(jié)構(gòu)的阻尼和振幅之間的關(guān)系以及實測結(jié)果和風(fēng)洞試驗結(jié)果的對比等，從而獲得了較完整的風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)等相關(guān)信息，并對其成因進行系統(tǒng)分析研究，另外利用時域方法對高層建筑風(fēng)致響應(yīng)進行計算。通過這些系統(tǒng)而深入的研究，將為我國在臺風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特征、風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用、風(fēng)環(huán)境、風(fēng)場模擬以及設(shè)計風(fēng)荷載等方面的研究提供有價值的成果。 (2) 利用計算風(fēng)

3、工程的基本方法對高層建筑的風(fēng)致作用進行數(shù)值評價，其中對計算風(fēng)工程的計算原理和方法進行分析探討，對其計算過程中運用不同湍流模型的優(yōu)劣進行對比分析。在對鈍體結(jié)構(gòu)進行湍流計算時，本文提出相應(yīng)的入口氣流和邊界條件的模擬方法；同時，對結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分，本文利用有限體原理和無網(wǎng)格原理相結(jié)合的原則提出實用方法，使其既能達到節(jié)約計算時間又能達到計算精度的要求。本文還利用不同湍流模型并編制相應(yīng)的計算程序?qū)Ω邔咏ㄖM行數(shù)值計算，并將其與風(fēng)洞試驗的測量結(jié)果進行

4、對比，計算結(jié)果表明：對于常用幾種湍流模型，利用動力亞格子模型的大渦模擬方法能較為準確地模擬出高層建筑在不同風(fēng)向角下的阻力、升力和力矩系數(shù)。LES模型比RANS模型對阻力、升力系數(shù)和力矩系數(shù)具有較好的模擬結(jié)果，對于鈍體周邊的流場，一些典型的流動特征都能被準確地模擬出來。LES模型能較為準確的模擬出流場湍流，特別是這種模型能準確的捕捉到在轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)小的二次分離，而RANS模型不能準確的預(yù)測這一點。本文的研究結(jié)果將為數(shù)值計算在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中的應(yīng)

5、用提供重要的參考依據(jù)。 (3) 對大跨度懸挑屋蓋在來流有干擾的情況下進行剛性模型風(fēng)洞試驗研究。在風(fēng)洞試驗中，利用技術(shù)措施對屋蓋進行上下表面同步測壓；并測量在不同的屋蓋傾角、來流受到干擾以及不同的風(fēng)向角情況下的屋蓋風(fēng)壓分布特性。在對試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行深入的處理和分析的基礎(chǔ)上，獲得了較完整的平均風(fēng)荷載和脈動風(fēng)荷載分布信息，包括平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)隨風(fēng)向角的變化情況、平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)在屋蓋上下表面的空間分布情況、屋蓋傾角

6、的改變對平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)產(chǎn)生的影響以及來流受到干擾情況下對平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)產(chǎn)生的影響等，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了屋蓋上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)的分布信息，并對其流場機理進行系統(tǒng)研究，從而為此類屋蓋的設(shè)計和施工提供一定的參考依據(jù)。 (4) 研究大跨度懸挑屋蓋的風(fēng)振計算方法。本文運用隨機振動力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)相關(guān)知識并結(jié)合風(fēng)對大跨度屋蓋作用的相關(guān)特征，提出運用荷載相關(guān)法及協(xié)方差分析方法來對大跨度屋蓋體系的各種響應(yīng)進行求解

7、：對平均響應(yīng)利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識進行求解，而對于脈動響應(yīng)中的背景響應(yīng)和共振響應(yīng)則利用協(xié)方差分析方法和荷載相關(guān)法進行求解；最后對主次梁屋蓋體系中的懸臂結(jié)構(gòu)舉例求解，并對求得的結(jié)果進行理論分析?！　?5) 研究大跨度懸挑屋蓋的等效風(fēng)荷載的相關(guān)問題。本文通過對大量的試驗數(shù)據(jù)的總結(jié)以及不同理論方法的比較，利用陣風(fēng)荷載因子法提出有干擾和無干擾情況下的懸挑屋蓋的等效靜力風(fēng)荷載的一般計算方法，從而避免在無干擾情況下，對屋蓋的計算偏于不安全，而對于在有干