高層建筑的抗風(fēng)實(shí)測(cè)分析與大跨度屋蓋的風(fēng)致響應(yīng)研究.pdf

1、本文主要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)作用下進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析，并對(duì)高層建筑風(fēng)致作用進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，對(duì)于大跨度懸挑屋蓋進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)和風(fēng)致響應(yīng)計(jì)算，并提出等效風(fēng)荷載的實(shí)用計(jì)算方法。本文主要包括如下一些工作： (1) 在對(duì)不同臺(tái)風(fēng)登陸后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究了臺(tái)風(fēng)的功率譜、湍流積分尺度和峰值因子等臺(tái)風(fēng)相關(guān)特征以及在臺(tái)風(fēng)作用下的被測(cè)結(jié)構(gòu)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(fēng)速之間的相

2、互關(guān)系、被測(cè)結(jié)構(gòu)的自振頻率及其在設(shè)計(jì)階段通過(guò)有限元模型計(jì)算的自振頻率之間的關(guān)系、被測(cè)結(jié)構(gòu)的阻尼和振幅之間的關(guān)系以及實(shí)測(cè)結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比等，從而獲得了較完整的風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)等相關(guān)信息，并對(duì)其成因進(jìn)行系統(tǒng)分析研究，另外利用時(shí)域方法對(duì)高層建筑風(fēng)致響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)這些系統(tǒng)而深入的研究，將為我國(guó)在臺(tái)風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特征、風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用、風(fēng)環(huán)境、風(fēng)場(chǎng)模擬以及設(shè)計(jì)風(fēng)荷載等方面的研究提供有價(jià)值的成果。 (2) 利用計(jì)算風(fēng)

3、工程的基本方法對(duì)高層建筑的風(fēng)致作用進(jìn)行數(shù)值評(píng)價(jià)，其中對(duì)計(jì)算風(fēng)工程的計(jì)算原理和方法進(jìn)行分析探討，對(duì)其計(jì)算過(guò)程中運(yùn)用不同湍流模型的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比分析。在對(duì)鈍體結(jié)構(gòu)進(jìn)行湍流計(jì)算時(shí)，本文提出相應(yīng)的入口氣流和邊界條件的模擬方法；同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的劃分，本文利用有限體原理和無(wú)網(wǎng)格原理相結(jié)合的原則提出實(shí)用方法，使其既能達(dá)到節(jié)約計(jì)算時(shí)間又能達(dá)到計(jì)算精度的要求。本文還利用不同湍流模型并編制相應(yīng)的計(jì)算程序?qū)Ω邔咏ㄖM(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將其與風(fēng)洞試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行

4、對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于常用幾種湍流模型，利用動(dòng)力亞格子模型的大渦模擬方法能較為準(zhǔn)確地模擬出高層建筑在不同風(fēng)向角下的阻力、升力和力矩系數(shù)。LES模型比RANS模型對(duì)阻力、升力系數(shù)和力矩系數(shù)具有較好的模擬結(jié)果，對(duì)于鈍體周邊的流場(chǎng)，一些典型的流動(dòng)特征都能被準(zhǔn)確地模擬出來(lái)。LES模型能較為準(zhǔn)確的模擬出流場(chǎng)湍流，特別是這種模型能準(zhǔn)確的捕捉到在轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)小的二次分離，而RANS模型不能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)這一點(diǎn)。本文的研究結(jié)果將為數(shù)值計(jì)算在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中的應(yīng)

5、用提供重要的參考依據(jù)。 (3) 對(duì)大跨度懸挑屋蓋在來(lái)流有干擾的情況下進(jìn)行剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究。在風(fēng)洞試驗(yàn)中，利用技術(shù)措施對(duì)屋蓋進(jìn)行上下表面同步測(cè)壓；并測(cè)量在不同的屋蓋傾角、來(lái)流受到干擾以及不同的風(fēng)向角情況下的屋蓋風(fēng)壓分布特性。在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的處理和分析的基礎(chǔ)上，獲得了較完整的平均風(fēng)荷載和脈動(dòng)風(fēng)荷載分布信息，包括平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)隨風(fēng)向角的變化情況、平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)在屋蓋上下表面的空間分布情況、屋蓋傾角

6、的改變對(duì)平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)產(chǎn)生的影響以及來(lái)流受到干擾情況下對(duì)平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)產(chǎn)生的影響等，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了屋蓋上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的分布信息，并對(duì)其流場(chǎng)機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究，從而為此類屋蓋的設(shè)計(jì)和施工提供一定的參考依據(jù)。 (4) 研究大跨度懸挑屋蓋的風(fēng)振計(jì)算方法。本文運(yùn)用隨機(jī)振動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)知識(shí)并結(jié)合風(fēng)對(duì)大跨度屋蓋作用的相關(guān)特征，提出運(yùn)用荷載相關(guān)法及協(xié)方差分析方法來(lái)對(duì)大跨度屋蓋體系的各種響應(yīng)進(jìn)行求解

7、：對(duì)平均響應(yīng)利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解，而對(duì)于脈動(dòng)響應(yīng)中的背景響應(yīng)和共振響應(yīng)則利用協(xié)方差分析方法和荷載相關(guān)法進(jìn)行求解；最后對(duì)主次梁屋蓋體系中的懸臂結(jié)構(gòu)舉例求解，并對(duì)求得的結(jié)果進(jìn)行理論分析?！　?5) 研究大跨度懸挑屋蓋的等效風(fēng)荷載的相關(guān)問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)以及不同理論方法的比較，利用陣風(fēng)荷載因子法提出有干擾和無(wú)干擾情況下的懸挑屋蓋的等效靜力風(fēng)荷載的一般計(jì)算方法，從而避免在無(wú)干擾情況下，對(duì)屋蓋的計(jì)算偏于不安全，而對(duì)于在有干