500m以上級(jí)超高層建筑風(fēng)效應(yīng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

在基金項(xiàng)目（51078146）支持下對(duì)超高層建筑風(fēng)效應(yīng)的若干關(guān)鍵問(wèn)題開展系統(tǒng)性研究，研究包括以下方面：1). 在邊界層風(fēng)洞中對(duì)正方形平面沿高度方向逐漸收縮的楔形外形超高層建筑進(jìn)行一系列細(xì)致的風(fēng)洞試驗(yàn)，分析其氣動(dòng)荷載和峰值響應(yīng)特征，研究切角以及局部氣動(dòng)措施(LAS)對(duì)結(jié)構(gòu)氣動(dòng)荷載和響應(yīng)的影響；2). 在對(duì)廣州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高銀117大樓(TJ 117)的氣動(dòng)荷載特性進(jìn)行細(xì)致對(duì)比的基礎(chǔ)上，采用LAS對(duì)其風(fēng)振響應(yīng)和風(fēng)致荷載進(jìn)行控制并與調(diào)制阻尼器(TMD)方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；3). 對(duì)KK100實(shí)施了系列的全氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)，識(shí)別該建筑的氣動(dòng)阻尼特性，進(jìn)行了基于TMD的風(fēng)振控制試驗(yàn)；4). 完成另外3棟超高層建筑天津周大福濱海中心(530m)、華潤(rùn)深圳灣總部大樓(高400m)和長(zhǎng)沙天空之城(838m)的風(fēng)洞試驗(yàn)研究。項(xiàng)目的主要貢獻(xiàn)在于以下幾個(gè)方面： 通過(guò)大量的風(fēng)洞試驗(yàn)和細(xì)致的分析揭示了氣動(dòng)抗風(fēng)措施的減振機(jī)理，總結(jié)出LAS的局限性和適應(yīng)性，明確影響超高建筑橫風(fēng)效應(yīng)的外形因素，推薦采取LAS位置的取值建議；發(fā)現(xiàn)采用LAS在GWT上可以得到接近TMD方法的減振效果，相比TMD實(shí)施所需要的高成本，LAS是一種較為為經(jīng)濟(jì)易行的方法。此外，提出一種基于諧波激勵(lì)法(HEM)的超大結(jié)構(gòu)在多TMD在風(fēng)作用響應(yīng)的快速算法；研制可用于超高層建筑氣動(dòng)彈性試驗(yàn)的數(shù)字化氣彈天平(DAEB)，它具有模型結(jié)構(gòu)阻尼和剛度數(shù)字化可控、結(jié)構(gòu)質(zhì)量配置簡(jiǎn)單等創(chuàng)新點(diǎn)。DAEB已初步用于天空之城的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)。 迄今為止發(fā)表論文8篇，2篇論文已錄用。 2100433B

在強(qiáng)風(fēng)地區(qū)，500m以上高度的超高層建筑的風(fēng)致響應(yīng)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制性問(wèn)題。研究表明，風(fēng)荷載尤其是橫風(fēng)向荷載的機(jī)理十分復(fù)雜，它是包括尾流激勵(lì)、橫風(fēng)向紊流激勵(lì)及氣彈激勵(lì)共同作用的結(jié)果，氣動(dòng)阻尼特性是影響結(jié)構(gòu)風(fēng)振估計(jì)精準(zhǔn)度的重要因素。對(duì)于此類建筑，采用空氣動(dòng)力學(xué)措施(包括采用合適的建筑外形)和阻尼器措施是通常是超高層建筑抗風(fēng)控制的兩大類方法。但在我國(guó)由于超限審查等原因，加阻尼器的方法往往難于直接應(yīng)用在具體的工程實(shí)踐，故空氣動(dòng)力學(xué)措施愈顯重要，但目前針對(duì)此類建筑特點(diǎn)的相關(guān)研究依然偏少，缺乏開展系統(tǒng)性的機(jī)理研究，難以獲得具有普遍指導(dǎo)意義的理論和方法。因此，提出本研究項(xiàng)目，進(jìn)一步深入研究復(fù)雜超高層建筑抗風(fēng)研究中尚未很好解決的一些重要基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)研究提出空氣動(dòng)力學(xué)抗風(fēng)的指導(dǎo)性原則、給出一類典型結(jié)構(gòu)外形超高層建筑的氣動(dòng)阻尼特性，為500m以上超高層建筑乃至空中城市的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供重要科學(xué)支撐。

現(xiàn)代城市中超高層建筑常以群體形式出現(xiàn)。群體建筑的風(fēng)荷載和響應(yīng)特性和單體建筑情況有很大的不同。目前，對(duì)高層建筑的抗風(fēng)研究主要集中在單體建筑，各國(guó)規(guī)范中更少有群體建筑間干擾效應(yīng)的條款。開展本項(xiàng)目的研究，對(duì)認(rèn)識(shí)建筑群體尾流抖振規(guī)律和干擾機(jī)理，以及高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃均具有重要意義。在已有數(shù)年的研究基礎(chǔ)上，本課題將更加深入地研究具有不同截面形狀的兩個(gè)和三個(gè)超高層建筑之間在不同間距、地貌類型下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)荷載和表面風(fēng)壓分布規(guī)律，采用定量而非定性的方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)這些規(guī)律進(jìn)行歸納和總結(jié)。根據(jù)本項(xiàng)目研究總結(jié)出群體超高層建筑間的風(fēng)干擾規(guī)律，最終期望能給出反映兩個(gè)和三個(gè)超高層建筑間動(dòng)力風(fēng)荷載和表面峰值風(fēng)壓的干擾效應(yīng)的建議條款；同時(shí)針對(duì)問(wèn)題的高度復(fù)雜性，在借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的基礎(chǔ)上，采用包括Internet技術(shù)在內(nèi)的方法為城市高層建筑的規(guī)劃和抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供正確的設(shè)計(jì)理論和快捷的精細(xì)分析手段。 2100433B

風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害的主要災(zāi)種之一。本研究對(duì)超高層建筑抗風(fēng)研究中的幾個(gè)重要基礎(chǔ)問(wèn)題開展研究。在492米高的上海環(huán)球金融中心上實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)，研究風(fēng)速和結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性；對(duì)復(fù)雜單體和群體超高層建筑模型在多種模擬條件下進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)；基于風(fēng)洞試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，研究復(fù)雜超高層建筑的三維風(fēng)力分布、效應(yīng)和等效靜力風(fēng)荷載，以及群體超高層建筑的干擾效應(yīng)、機(jī)制、風(fēng)力分布特征和理論描述；采用理論和試驗(yàn)方法，研究風(fēng)雨共同作用下超高層建筑的激勵(lì)機(jī)制和效應(yīng)；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)，研究建筑局部風(fēng)壓特性以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論和方法；研究建立超高層建筑抗風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)的幾個(gè)基本問(wèn)題；研究超高層建筑風(fēng)力和氣動(dòng)彈性響應(yīng)的數(shù)值模擬方法；研究超高層建筑風(fēng)荷載和效應(yīng)控制的空氣動(dòng)力學(xué)措施和阻尼器措施的理論和方法。通過(guò)以上研究，推進(jìn)超高層建筑抗風(fēng)研究領(lǐng)域的發(fā)展，為建造500米以上超高層建筑乃至更高的空中城市提供科學(xué)基礎(chǔ)和抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法。 2100433B