圆角弧边三角形高层建筑风振响应及风压非高斯特性研究

作     者：蓝吕康 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈水福

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：高层建筑 圆角弧边三角形 风洞试验 风振响应 非高斯特性 

摘      要：圆角弧边三角形截面高层建筑与普通三角形建筑相比,具有更优越的平面效果和气动性能,在实际工程中有着较为广泛的应用。为取得更佳的建筑与结构竖向效果,对超高层建筑还常使用立面退台或渐进收缩的方式。然而在强风作用下,这些立面改变方式对建筑风荷载及结构风致响应的影响如何,目前并不十分清晰和明确。鉴此,本文以圆角弧边三角形截面高层建筑为对象,研究不同退台及立面收缩方式对其风致响应及风压分布特性的影响效应。本文对一系列立面退台和立面线性伸缩的高层建筑进行了表面风压风洞模型试验,获得了不同部位的表面风压时程和各楼层的风荷载时程;构建高层建筑风振响应分析的简化计算模型,利用试验获得的风荷载时程进行风致动力响应计算,探讨了立面退台和线性收缩对结构峰值加速度、峰值位移及等效基底力等风致响应的影响规律。通过计算峰度和偏度,考察了不同风向角下建筑各表面脉动风压的非高斯特性,对各立面进行了非高斯与高斯风压分布的分区;采用多种方法计算了表面风压的峰值因子,并进行了对比分析和讨论。研究表明,立面退台和立面线性收缩均对圆角弧边三角形单体建筑的风振响应产生明显影响。立面退台会增大单体建筑的顶层峰值加速度和峰值位移,但能减小其等效基底剪力和弯矩;退台旋转能进一步降低结构的横风向最大等效基底剪力和弯矩,但对顺风向基底力没有明显作用。立面线性收缩同样会增大单体建筑的顶层峰值加速度和峰值位移,明显降低顺风向最大等效基底剪力和弯矩。郊区和城市中心两种地貌下的上述影响规律基本一致,只是在不同响应的大小数值上有所增大或减小。建筑各表面不同部位的风压偏度和峰度并不总是同增同减,而会出现少数偏度很小、峰度很大,或者偏度很大、峰度很小的情况;表面风压的非高斯区主要分布在建筑角部、退台高度处附近。两种地貌下,用三种方法计算得到的典型测点的风压峰值因子都大于传统峰值因子法的结果,表明在此类高层建筑的极值风压计算中,对非高斯区域采用传统计算方法可能存在偏于不安全的风险。