500m以上級超高層建筑風(fēng)效應(yīng)的幾個關(guān)鍵問題結(jié)題摘要

在基金項目（51078146）支持下對超高層建筑風(fēng)效應(yīng)的若干關(guān)鍵問題開展系統(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，分析其氣動荷載和峰值響應(yīng)特征，研究切角以及局部氣動措施(LAS)對結(jié)構(gòu)氣動荷載和響應(yīng)的影響；2). 在對廣州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高銀117大樓(TJ 117)的氣動荷載特性進(jìn)行細(xì)致對比的基礎(chǔ)上，采用LAS對其風(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)行對比；3). 對KK100實施了系列的全氣動彈性模型試驗，識別該建筑的氣動阻尼特性，進(jìn)行了基于TMD的風(fēng)振控制試驗；4). 完成另外3棟超高層建筑天津周大福濱海中心(530m)、華潤深圳灣總部大樓(高400m)和長沙天空之城(838m)的風(fēng)洞試驗研究。項目的主要貢獻(xiàn)在于以下幾個方面： 通過大量的風(fēng)洞試驗和細(xì)致的分析揭示了氣動抗風(fēng)措施的減振機理，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實施所需要的高成本，LAS是一種較為為經(jīng)濟易行的方法。此外，提出一種基于諧波激勵法(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彈性試驗的數(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)量配置簡單等創(chuàng)新點。DAEB已初步用于天空之城的氣動彈性試驗。 迄今為止發(fā)表論文8篇，2篇論文已錄用。 2100433B

在強風(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)計的控制性問題。研究表明，風(fēng)荷載尤其是橫風(fēng)向荷載的機理十分復(fù)雜，它是包括尾流激勵、橫風(fēng)向紊流激勵及氣彈激勵共同作用的結(jié)果，氣動阻尼特性是影響結(jié)構(gòu)風(fēng)振估計精準(zhǔn)度的重要因素。對于此類建筑，采用空氣動力學(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)用在具體的工程實踐，故空氣動力學(xué)措施愈顯重要，但目前針對此類建筑特點的相關(guān)研究依然偏少，缺乏開展系統(tǒng)性的機理研究，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)問題，通過研究提出空氣動力學(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，對高層建筑的抗風(fēng)研究主要集中在單體建筑，各國規(guī)范中更少有群體建筑間干擾效應(yīng)的條款。開展本項目的研究，對認(rèn)識建筑群體尾流抖振規(guī)律和干擾機理，以及高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計和城市規(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和三個超高層建筑之間在不同間距、地貌類型下的結(jié)構(gòu)動力響應(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)方法對這些規(guī)律進(jìn)行歸納和總結(jié)。根據(jù)本項目研究總結(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和三個超高層建筑間動力風(fēng)荷載和表面峰值風(fēng)壓的干擾效應(yīng)的建議條款；同時針對問題的高度復(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)計提供正確的設(shè)計理論和快捷的精細(xì)分析手段。 2100433B

風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害的主要災(zāi)種之一。本研究對超高層建筑抗風(fēng)研究中的幾個重要基礎(chǔ)問題開展研究。在492米高的上海環(huán)球金融中心上實測臺風(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；基于風(fēng)洞試驗和現(xiàn)場實測結(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)、機制、風(fēng)力分布特征和理論描述；采用理論和試驗方法，研究風(fēng)雨共同作用下超高層建筑的激勵機制和效應(yīng)；通過現(xiàn)場實測和風(fēng)洞試驗，研究建筑局部風(fēng)壓特性以及圍護結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計理論和方法；研究建立超高層建筑抗風(fēng)數(shù)據(jù)庫的幾個基本問題；研究超高層建筑風(fēng)力和氣動彈性響應(yīng)的數(shù)值模擬方法；研究超高層建筑風(fēng)荷載和效應(yīng)控制的空氣動力學(xué)措施和阻尼器措施的理論和方法。通過以上研究，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)計方法。 2100433B