不规则外形高耸建筑物的风荷载研究

摘要

在过去的几十年里，虽然人们对高层建筑风效应的了解已有显著提高，但对大气流场与结构物各种风致响应的关系还不能用解析表达式加以描述。由于平均流场的奇变、流动分离、旋涡形成以及紊流的发展，不仅使得流向建筑物的风，而且使得绕建筑物的流谱变得十分复杂。在风力作用下，高层建筑将发生弯曲和扭转模态下的振动。因此，确保结构系统在强风期间的安全性与舒适性是一个重要的设计目标。 随着科学技术的发展，高层建筑的高度不断增加。对高层建筑、大跨空间结构、高耸塔桅结构等建筑物和构筑物而言，风荷载是结构设计的控制荷载之一。当前，风洞试验是研究风工程的主要手段。 为了研究高层建筑物的风荷载及其动态响应，本文分别应用了数值分析方法、风洞中的气动弹性和高频动天平实验技术，同时也探讨了行人高度风环境。 并以兴建于重庆市的重庆英利大厦为对象，在北京大学环境学院环境风洞实验室进行风洞试验，系统地研究了该建筑外表面平均风压分布和脉动风压分布特性，给出了可用于设计的风荷载值，以确保大楼的安全性与稳定性。本文的主要工作如下： 第一章综述和讨论了前人在风荷载和动态响应方面的研究结果。 第二章主要讨论了高层建筑风致响应的三种研究方法（包括力学模型、解析方法以及两种实验技术）。在前人研究的基础上本文进一步完善了高层建筑的抗风理论。 第三章系统地讨论了大气边界层的风洞模拟问题。对大气边界层内风的一些特性以及大气边界层模拟中的相似准则进行了阐述，对模拟的设备和方法进行了说明。 第四章推导了平均风压系数和脉动风压系数的计算公式；详细测出各测点的平均风压和脉动风压系数；分析了重庆英利大厦表面风荷载分布情况；计算出重庆英利大厦的体型系数。