高层建筑风压分布特性与风荷载及风致响应研究

论文摘要

随着经济的发展,各种高层建筑越来越多,高度也越来越高,体型复杂的超高层建筑大量兴建；而此类建筑具有自重较小、柔性较大、阻尼较小等特点,结构本身对风的作用也更加敏感,风荷载是此类高层建筑结构设计的主要控制荷载,因此,为了保证高层建筑的安全性、舒适性和经济性,对高层建筑结构风致响应的研究具有重要的理论和实际意义,本文从以下几方面开展对高层建筑表面风压分布特性和风振响应的研究。首先,通过实际工程的风洞测压试验结果,分析了建筑表面风压系数随风向角的变化；对比建筑单体和处于实际环境状况下的结构风压分布特性；通对风压的相关性系数的计算,讨论了结构表面风压的相关性；从现有的基于频域的计算方法来说,更希望了解各点风压的相干性,因此利用最小二乘法拟合建筑表面脉动风荷载的相干性函数,分析了结构表面的脉动风荷载水平及竖向相干性。然后,介绍了阵风荷载因子法(GLF法)、惯性风荷载法(GBJ)以及基于随机振动理论的风振响应分析方法。按照中国规范、日本规范以及1SO标准计算结构的等效静力风荷载,通过随机振理论对风洞试验数据进行了分析,得到了试验所得的基底剪力和基底弯矩,将风洞试验结果与规范计算结果进行了对比。最后,通过对不同截面、宽厚比和长细比的模型进行了风洞测力试验,分析不同影响因素对结构基底力矩系数、基底一阶广义荷载谱的影响；通过随机振动理论计算了结构的等效静力风荷载和风致响应加速度,分析了不同模型顶部加速度随风向角的变化情况,考虑不同阻尼比和重现期情况下,结构的最大风响应,并将试验结果与规范方法计算的结果进行了对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 等效静力风荷载及风振响应研究现状
• 1.3.1 建筑顺风向外加风荷载
• 1.3.2 建筑横风向风荷载
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 风对高层建筑的作用及原理
• 2.1 自然风的基本特性
• 2.1.1 平均风特性
• 2.1.2 脉动风特性
• 2.2 风对结构的相互作用
• 2.2.1 气流流经结构的特性
• 2.2.2 结构的风效应
• 2.3 风工程研究方法
• 2.3.1 风场环境物理模拟的理论依据
• 第3章 高层建筑表面风压分布特性研究
• 3.1 风洞试验
• 3.1.1 模型设计和测点布置
• 3.1.2 试验设备
• 3.2 大气边界层的模拟与测量结果
• 3.3 试验方法及试验工况
• 3.4 建筑表面风压的分布特性
• 3.4.1 风压系数随风向角的变化
• 3.4.2 建筑单体与有周边（处于实际环境）风压系数分布特性
• 3.5 时域下脉动风压空间相关性
• 3.5.1 风压水平相关性
• 3.5.2 风压竖向相关性
• 3.6 频域下脉动荷载相干性
• 3.6.1 水平相干性
• 3.6.2 竖向相干性
• 3.7 本章小结
• 第4章 高层建筑等效静力风荷载及风振响应研究
• 4.1 静力等效风荷载的计算方法
• 4.2 风洞试验分析结果
• 4.3 日本规范方法计算
• 4.3.1 顺风向水平风荷载
• 4.3.2 横风向水平风荷载
• 4.4 中国规范方法计算
• 4.5 ISO标准方法计算
• 4.5.1 顺风向水平风荷载
• 4.5.2 横风向水平风荷载
• 4.6 中国规范、日本规范与风洞试验结果对比
• 4.7 加速度响应分析
• 4.8 本章小结
• 第5章 高层建筑高频天平测力实验研究
• 5.1 风洞实验
• 5.1.1 大气边界层的模拟
• 5.1.2 试验工况及模型
• 5.2 基底力矩系数
• 5.2.1 不同截面及不同宽厚比的影响
• 5.2.2 不同长细比的影响
• 5.3 基底一阶广义气动力谱
• 5.3.1 不同截面及宽厚比对气动力谱的影响
• 5.3.2 不同长细比对气动力谱的影响
• 5.4 等效静力风荷载
• 5.4.1 实验数据计算结果
• 5.4.2 与中、日规范及ISO标准的对比
• 5.5 结构顶部峰值加速度分析
• 5.5.2 结构顶部最大加速度随风向角的变化
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢