矩形高层建筑表面风压的阻塞效应风洞试验研究

摘要

现代高楼大厦向更高更柔的方向发展，结构风荷载是影响结构安全与舒适的主要因素之一，因此需要系统了解结构风荷载效应，保证建筑结构各项功能在服务期限内正常运转。风洞试验是研究结构风荷载效应常用方法，而阻塞效应是试验中风洞时常面临的问题。由于风洞壁面的约束，阻塞效应将对结构周围流场和结构表面风荷载产生显著影响，致使风洞试验数据严重失真。为此需要对风洞试验阻塞效应进行深入研究。基于 6组不同阻塞比的矩形高层建筑风洞试验模型，在两种不同湍流度风场下研究阻塞效应对建筑模型表面平均风压系数、脉动风压系数、空间相关性、功率谱和相干性以及峰值风压的影响规律。 主要结论有：（1）随着模型阻塞比的增大，阻塞效应导致：模型迎风面平均风压系数影响较小，侧面和背风面平均风压系数显著减小；迎风面水平相关性降低，竖向相关性增大；侧面流速的增大使侧面测点的水平相关性增强，流速增大致使旋涡脱落的能量增强以及频率加快，相应模型侧面脉动风压功率谱的峰值进一步增长，谱峰折减频率增大；模型尾流区的锥形涡能量损耗，致使背风面测点空间相关性下降。（2）两种湍流度风场下，背风面测点脉动风压的水平和竖向相干性衰减速度最快，侧面次之，迎风面最慢。随着阻塞比增大，模型迎风面、侧面及背面测点脉动风压水平和竖向相干性衰减速度减慢。相比低湍流度风场，高湍流度风场下模型竖向和水平相干性衰减速度减小。（3）对于阻塞比﹥4.5%的模型，迎风面极值风压系数差异较小，但侧面以及背风面差异明显，需考虑阻塞效应对极值风压系数的影响。（4）来流湍流增大会降低阻塞效应对平均风压系数、脉动风压水平和竖向相干性的影响，但会导致分离气流发生再附着现象，使相应的测点空间相关性增强。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2结构风工程概述

1.3风洞试验阻塞效应研究现状

1.4本文研究的目的、意义及内容

第二章 高层建筑风荷载特性理论

2.1大气边界层风特性

2.2相似理论

第三章 建筑表面平均风压阻塞效应试验研究

3.1 引言

3.2风洞试验概况

3.3不同风场下平均风压的阻塞效应试验研究

3.4本章小结

第四章 建筑表面脉动风压阻塞效应试验研究

4.1不同风场下脉动风压系数的阻塞效应试验研究

4.2不同风场下脉动风压相关性的阻塞效应试验研究

4.3不同风场下脉动风压功率谱的阻塞效应试验研究

4.4不同风场下脉动风压相干性的阻塞效应试验研究

4.5本章小结

第五章 建筑表面峰值风压阻塞效应试验研究

5.1 高层建筑峰值风压概率分布特性

5.2 高层建筑峰值风压计算

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 进一步研究展望

参考文献

附录A: 攻读学位期间发表的学术论文及科研情况

致谢