圆角弧边三角形高层建筑风荷载特性研究

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本文以一幢圆角弧边三角形截面双塔超高层建筑为工程背景,采用风洞试验方法研究这种体型的单体建筑、无塔冠双塔建筑和有塔冠双塔建筑的风荷载特性。研究内容主要涉及不同风向角下单体建筑表面的平均和极值风压分布特性、各层阻力系数和升力系数变化规律、脉动风荷载的频谱特性及漩涡脱落效应,双塔相互干扰中的遮挡效应、狭道效应和尾流效应对风荷载特性和风致响应的影响,以及顶部塔冠对双塔建筑风压分布和风振加速度等响应的影响等方面。研究结果显示,圆角弧边三角形截面单体建筑的表面风压分布与迎风方式直接相关,各表面最大风压值(指绝对值)一般出现在建筑上部;圆角处风压大多为负压,且风压值相对较大;弧面迎风时的阻力系数高于规范中相近截面建筑的相应系数,圆角迎风和非对称迎风时的阻力系数可按规范中的截角三角形截面计算。弧面迎风时建筑尾流存在周期性的漩涡脱落现象,脱落频率小于结构基频,其余迎风方式下无明显漩涡脱落迹象。当来流沿双塔连线作用时,上游建筑的遮挡效应使得下游建筑的正负风压值和体型系数均出现明显降低;遮挡效应还使下游建筑的顺风向和横风向功率谱出现峰值,导致其峰值加速度明显增大。当来流垂直或接近垂直于双塔连线方向作用时,双塔之间的狭道效应将主要对建筑横风向的升力系数和扭矩系数产生影响,导致横风向基底剪力、弯矩和扭矩出现增加。塔冠的存在使得建筑顶部附近的正负风压趋于增大,且越靠近顶部影响越明显;塔冠的存在使得塔楼基底剪力和弯矩有所增加,但对基底扭矩基本无影响;塔冠使得顺风向峰值加速度出现减小,横风向峰值加速度在非对称迎风时有所增加,其余风向下有所减小。
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