高層建筑的抗風實測分析與大跨度屋蓋的風致響應研究.pdf

1、本文主要對高層建筑結構在臺風作用下進行現場實測分析，并對高層建筑風致作用進行數值計算，對于大跨度懸挑屋蓋進行風洞試驗和風致響應計算，并提出等效風荷載的實用計算方法。本文主要包括如下一些工作： (1) 在對不同臺風登陸后進行長時間連續(xù)觀測獲得的實測數據的基礎上，系統地研究了臺風的功率譜、湍流積分尺度和峰值因子等臺風相關特征以及在臺風作用下的被測結構的自振頻率、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速之間的相

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

3、工程的基本方法對高層建筑的風致作用進行數值評價，其中對計算風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。在對鈍體結構進行湍流計算時，本文提出相應的入口氣流和邊界條件的模擬方法；同時，對結構網格的劃分，本文利用有限體原理和無網格原理相結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的計算程序對高層建筑進行數值計算，并將其與風洞試驗的測量結果進行

4、對比，計算結果表明：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向角下的阻力、升力和力矩系數。LES模型比RANS模型對阻力、升力系數和力矩系數具有較好的模擬結果，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角處出現小的二次分離，而RANS模型不能準確的預測這一點。本文的研究結果將為數值計算在結構風工程中的應

5、用提供重要的參考依據。 (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洞試驗研究。在風洞試驗中，利用技術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向角情況下的屋蓋風壓分布特性。在對試驗結果數據進行深入的處理和分析的基礎上，獲得了較完整的平均風荷載和脈動風荷載分布信息，包括平均風壓系數和脈動風壓系數隨風向角的變化情況、平均風壓系數和脈動風壓系數在屋蓋上下表面的空間分布情況、屋蓋傾角

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

7、：對平均響應利用結構力學知識進行求解，而對于脈動響應中的背景響應和共振響應則利用協方差分析方法和荷載相關法進行求解；最后對主次梁屋蓋體系中的懸臂結構舉例求解，并對求得的結果進行理論分析?！　?5) 研究大跨度懸挑屋蓋的等效風荷載的相關問題。本文通過對大量的試驗數據的總結以及不同理論方法的比較，利用陣風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