采用外形氣動措施的高層建筑風(fēng)荷載及其干擾效應(yīng)研究.pdf

1、隨著結(jié)構(gòu)分析設(shè)計水平的進(jìn)步和施工技術(shù)的提高，世界各地超高層建筑逐漸增加。一方面，隨著高度的增加，超高層建筑的風(fēng)敏感性愈發(fā)顯著；另一方面，隨著超高層建筑密集度的加大，相互之間干擾效應(yīng)難以忽略。已有研究表明，采用外形氣動措施能夠有效地降低建筑的風(fēng)荷載，節(jié)省成本。目前對干擾效應(yīng)的研究主要限于方形或矩形截面高層建筑，對采用外形氣動措施的高層建筑干擾效應(yīng)鮮有學(xué)者進(jìn)行研究。本文采用計算流體力學(xué)（CFD）與有限元數(shù)值仿真相結(jié)合，以順風(fēng)向及橫風(fēng)向荷載、

2、干擾系數(shù)和頂點位移為指標(biāo)進(jìn)行評價，對采用外形氣動措施的高層建筑風(fēng)特性及其干擾效應(yīng)進(jìn)行研究。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　對采用外形氣動措施的高層建筑單體進(jìn)行風(fēng)荷載分析。選取的采用外形氣動措施主要有角部處理和螺旋上升兩種。對于角部處理建筑，通過大渦模擬得到順風(fēng)向及橫風(fēng)向風(fēng)荷載時程，研究不同尺寸和形狀的角部處理對建筑風(fēng)荷載的優(yōu)化機(jī)理；對于螺旋形建筑，采用定常分析，研究平均風(fēng)荷載隨扭轉(zhuǎn)角度改變的變化規(guī)律。結(jié)果表明選擇合理的外形參數(shù)后，角

3、部處理建筑與螺旋形建筑均能實現(xiàn)較為顯著的氣動優(yōu)化效果。
　　對采用外形氣動措施的高層建筑與方形建筑相互干擾時的工況進(jìn)行風(fēng)荷載分析。采用CFD數(shù)值模擬對不同間距布置情況下，圓角建筑與方形建筑的干擾效應(yīng)進(jìn)行研究。與單體孤立建筑的風(fēng)荷載進(jìn)行對比，提出干擾系數(shù)實現(xiàn)對干擾效應(yīng)的量化分析。此外，對建筑間距進(jìn)行參數(shù)分析，參考荷載規(guī)范的做法，給出圓角建筑與方形建筑的干擾系數(shù)分布圖，為進(jìn)一步的研究和工程應(yīng)用提供參考。結(jié)果表明，圓角建筑位于風(fēng)向上游時

4、，下游受擾建筑會對其風(fēng)荷載產(chǎn)生一定影響，而螺旋形建筑在并列布置時，其橫風(fēng)向會因為兩建筑外形差異不對稱性而存在一定平均風(fēng)荷載。
　　根據(jù)本文確定的圓角建筑與方形建筑相互干擾的風(fēng)荷載時程，充分考慮氣動阻尼的影響對結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)分析?；诹鞴恬詈蠑?shù)值模擬，根據(jù)所選風(fēng)速范圍，確定相應(yīng)氣動阻尼，并將其轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)等效阻尼比。利用ANSYS建立有限元模型進(jìn)行風(fēng)振時程分析，研究氣動阻尼對結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的影響。結(jié)果表明考慮干擾效應(yīng)時，特定間距下圓角