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风灾是自然灾害的主要灾种之一。本研究对超高层建筑抗风研究中的几个重要基础问题开展研究。在492米高的上海环球金融中心上实测台风和结构响应,研究风速和结构响应特性;对复杂单体和群体超高层建筑模型在多种模拟条件下进行风洞试验;基于风洞试验和现场实测结果,研究复杂超高层建筑的三维风力分布、效应和等效静力风荷载,以及群体超高层建筑的干扰效应、机制、风力分布特征和理论描述;采用理论和试验方法,研究风雨共同作用下超高层建筑的激励机制和效应;通过现场实测和风洞试验,研究建筑局部风压特性以及围护结构的抗风设计理论和方法;研究建立超高层建筑抗风数据库的几个基本问题;研究超高层建筑风力和气动弹性响应的数值模拟方法;研究超高层建筑风荷载和效应控制的空气动力学措施和阻尼器措施的理论和方法。通过以上研究,推进超高层建筑抗风研究领域的发展,为建造500米以上超高层建筑乃至更高的空中城市提供科学基础和抗风设计方法。 2100433B
批准号 |
90715040 |
项目名称 |
超高层建筑风荷载、风致效应及其控制 |
项目类别 |
重大研究计划 |
申请代码 |
E0810 |
项目负责人 |
顾明 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
同济大学 |
研究期限 |
2008-01-01 至 2011-12-31 |
支持经费 |
200(万元) |
1、注意风荷载取值(大于60米取50年一遇的1.1倍,高规4.2.2)。 2、结构周边构件应加强。
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。 第一类高层建筑:9-16层(高度到50米);第二类高层建筑:17-25层(高度到75米);第...
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。 第一类高层建筑:9-16层(高度到50米);第二类高层建筑:17-25层(高度到75米);第...
超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究
以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。
高层建筑风致扭转荷载的干扰效应研究
在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用动态测力天平技术,通过模型风洞试验研究了方形截面高层建筑在周边另一个同样建筑的气动干扰下,其平均、脉动和峰值扭转风荷载的干扰效应,分析了建筑物间距、风场和风向角等参数的影响。研究表明,高层建筑扭转荷载的干扰效应很显著,B类风场0°风向角下,峰值扭矩干扰因子IFp可达2.1,45°风向角下更可高达3.5。最后通过分析受扰模型的基底扭矩谱讨论了上游建筑旋涡脱落的影响。
为减小超高层建筑的风荷载和风致响应,改善结构的抗风性能,采用风洞试验与CFD数值模拟相结合的方法,对超高层建筑三维风荷载的吸/吹气控制进行系统深入的研究。基于大气边界层中的真实入流湍流和FLUENT软件中的LES方法构建吸/吹气控制下超高层建筑脉动风荷载的数值模拟技术,为进一步研究超高层建筑吸/吹气模型的脉动风荷载和横风向旋涡脱落特性奠定基础。分析吸/吹气控制的几何参数(包括开孔位置、开孔宽度和高度等)和流量参数(包括吸/吹气角、吸/吹气流量系数和顺风向吹气动量系数等)对三维风荷载特性的影响规律,探索影响模型风荷载减阻和减振性能的控制性参数,并结合吸/吹气控制下模型周围的流场和涡量场阐明吸/吹气控制机理。以抗风设计为目标,拟合风荷载折减系数的经验公式,确定最优吸/吹气控制方案,并提供超高层建筑风荷载吸/吹气控制的实用抗风设计思路,为相关的工程应用和规范修订提供参考。
风荷载是影响屋顶光伏系统结构设计的关键因素之一。目前,国内外规范针对屋顶光伏系统风荷载的规定还很欠缺。因此,有必要对其风荷载特性及其风致效应的机理展开系统研究,为保证其抗风设计安全性和经济性提供合理的依据。本项目的主要研究内容包括:(1)研究了几何缩尺比、测点数目、移动平均时间等参数的合理取值,建立起可供屋顶系统风荷载识别所用的合理方法和准则,并对可以保证实验可靠性的上述准则进行了验证。(2)考虑了光伏板位置、倾角、间距等关键参数的影响,建立了基于局部风力系数、面积平均风力系数和倾覆力矩系数的屋顶光伏系统风荷载分布理论模型,可为我国屋顶光伏系统风荷载专门条文的制订提供较为系统的基本数据储备。(3)基于本征正交分解分析了影响屋顶光伏系统风荷载特性的气动机理,进行了风荷载取值的屋面分区,提出了降低风荷载的气动措施;基于结构荷载分担机制明确了产生风效应的作用机制,提出了降低风致效应的结构措施。 本项目的重要结果和关键数据包括:(1)指出屋顶系统风荷载识别须建立合理的风洞实验方法和可靠性原则,1:50为合理的几何缩尺比取值,合理减小表面测点数目对结果影响较小,移动平均时间对结果差异影响大;(2)对于独立式和阵列式两种屋顶光伏系统而言,光伏板在屋面的位置、光伏板倾角均为对其风荷载大小影响显著的设计参数,间距对阵列式系统风荷载也有明显影响。倾角越大,风荷载越大;间距越大,风荷载越大。本项目提出的面积平均风力系数拟合公式考虑了倾角和有效面积两个参数,可为实际工程设计所参考。对于倾斜式屋顶光伏系统,其气动中心相对位置均大于0.5;(3)明确了影响屋顶光伏系统风荷载大小的三类气动机理,并指出了建筑物导致的特征紊流是影响其极值风荷载的决定性因素,从而提出了控制其风荷载的女儿墙、分区布设等气动外形控制措施和结构连接优化措施。本项目成果可为相关设计规范提供参考和理论保证,具有非常重要的应用价值和经济意义。 2100433B
屋顶光伏系统未来发展潜力巨大,并逐渐成为光伏产业发展的主流。然而,一方面,由于缺乏研究储备和设计规范,实践中对其风荷载特性的认识还很有限,影响其抗风设计的安全性;同时,又常忽略结构系统整体的荷载分担机制,影响其抗风设计的经济性。为此,拟开展该系统的风荷载特性及其气动机理、以及考虑荷载分担机制的风致效应研究。主要内容包括:(1)运用刚体测压风洞实验方法,对不同参数下的风荷载特性及气动机理进行识别;(2)基于气动机理制定降低风荷载的气动措施,并通过刚体测压和测力风洞实验进行验证;(3)提出风荷载与屋面风压间转化因子实用公式;(4)进行以荷载分担机制的优化为目标的结构风致效应分析,建立针对不同构件的等效风荷载,并通过风致效应时程分析进行验证。预期研究成果不仅有助于该系统设计风荷载相关规范的制定,还将阐明提高系统抗风性能的气动措施和结构措施的机理,为该系统抗风设计的安全性和经济性提供合理的依据。