不同风场下高层建筑风效应的风洞试验研究

摘要

随着我国经济建设的快速发展，我国各地大量兴建高层建筑。高层建筑结构向更高、更柔、低阻尼、轻质量的方向发展，其对风荷载也越来越敏感，风荷载逐步成为控制高层建筑安全性、舒适性和经济性的重要因素。而不同风场对结构风压分布、风荷载以及风致响应等有很明显的影响，所以开展此方面的研究有很重要的工程意义。本文利用风洞测压和测力等试验手段，对不同风场下高层建筑进行了抗风性能研究，主要内容分为以下四个部分:
　　 首先对无周边建筑的矩形和方形模型进行了不同风场下的风洞测压试验，对比分析了模型的平均风压系数、脉动风压系数、迎风面测点脉动风压功率谱、风压的空间相关性等方面内容，得到了无周边建筑下高层建筑在这些方面的规律;
　　 其次对无周边建筑的矩形和方形模型进行不同风场下的风洞测力试验，对比分析了模型的广义顺风向力谱、平均剪力系数、脉动剪力系数、总体剪力系数、平均弯矩系数、脉动弯矩系数和总体弯矩系数，得到了无周边建筑下高层建筑剪力系数和弯矩系数的规律;
　　 然后对某城市中心区域的某高层办公楼进行了C、D两类风场的风洞测压试验，进行了风荷载计算，对比分析了该办公楼的风压分布、迎风面测点脉动风压功率谱、风压空间相关性、剪力系数、弯矩系数、基底剪力、基底弯矩、顶部峰值加速度等方面内容，利用PKPM对其进行了建模，验证了高层建筑进行风洞试验的必要性;
　　 最后对比无周边建筑和有周边建筑的高层建筑的风压分布、迎风面测点脉动风压功率谱、风压空间相关性、剪力系数和弯矩系数，得到了高层建筑在不同风场下关于这些方面具有普遍性的规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 高层建筑的发展现状及风对结构的作用形式

1．2．1 高层建筑的发展现状

1．2．2 风对结构的作用

1．3 高层建筑抗风研究方法

1．3．1 高层建筑的抗风理论概述

1．3．2 高层建筑的风洞试验研究

1．3．3 高层建筑的数值风洞研究

1．3．4 高层建筑的现场实测研究

1．4 高层建筑风工程研究现状

1．4．1 高层建筑顺风向响应

1．4．2 高层建筑横风向响应

1．5 本文的主要工作

1．5．1 论文的创新点

1．5．2 论文研究的主要内容

第2章 矩形和方形模型风洞测压试验研究

2．1 概述

2．2 矩形和方形模型风洞测压试验

2．2．1 试验设备及风场模拟

2．2．2 模型设计及测点布置

2．2．3 试验工况

2．3 平均风压分布与脉动风压分布

2．3．1 风压数据处理

2．3．2 矩形和方形模型的平均风压分布

2．3．3 矩形和方形模型的脉动风压分布

2．4 迎风面测点脉动风压功率谱

2．4．1 迎风面测点脉动风压功率谱计算方法

2．4．2 同一高度处顺风向脉动风压功率谱

2．4．3 顺风向脉动风压功率谱随高度的变化

2．5 风压空间相关性研究

2．5．1 风压空间相关性计算方法

2．5．2 风压水平空间相关性

2．5．3 风压竖向空间相关性

2．6 本章小结

第3章 矩形和方形模型风洞测力试验研究

3．1 概述

3．2 模型介绍及实验设备

3．3 试验工况

3．4 矩形和方形模型广义顺风向力谱研究

3．5 矩形和方形模型风荷载研究

3．5．1 基底剪力系数对比研究

3．5．2 基底弯矩系数对比研究

3．6 本章小结

第4章 某高层办公楼风洞测压试验研究

4．1 概述

4．2 某高层办公楼风洞测压试验

4．2．1 试验设备及风场模拟

4．2．2 模型设计及测点布置

4．2．3 试验工况

4．3 平均风压分布与脉动风压分布

4．3．1 高层办公楼平均风压分布

4．3．2 高层办公楼脉动风压分布

4．4 迎风面测点脉动风压功率谱

4．4．1 同一高度处顺风向脉动风压功率谱

4．4．2 顺风向脉动风压功率谱随高度的变化

4．5 风压空间相关性研究

4．5．1 风压水平空间相关性

4．5．2 风压竖向空间相关性

4．6 本章小结

第5章 某高层办公楼风荷载及风致响应研究

5．1 概述

5．2 风荷载及风致响应研究

5．2．1 风荷载及风致响应数据处理方法

5．2．2 PKPM模型的建立

5．2．3 基底剪力系数分析

5．2．4 基底弯矩系数分析

5．2．5 基底剪力和基底弯矩分析

5．2．6 办公楼顶部峰值加速度分析

5．3 结构阻尼比对办公楼加速度的影响

5．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间主持和参加的科研项目