超高层建筑是一种典型的风敏感结构,风荷载是该类结构的主要水平控制荷载之一。本文对超高层建筑风效应的几个关键问题开展现场实测与风洞试验研究,主要包括:(1)研究了高层建筑风洞试验的尺度效应。以高层建筑标准模型(CAARC)为案例,进行了1:300、1:400和1:500三种缩尺比的刚性模型多点同步测压风洞试验,研究了平均风压系数和体型系数、均方根风压系数、脉动风压功率谱及空间相关性、测点层风荷载功率谱及空间相关性等重要参数的尺度效应。结果表明,不同缩尺比模型所测得的迎风面正压系数具有很好的一致性,相对而言,模型侧面和背风面负压系数的相对误差较大;相对于小尺寸模型,大尺寸模型风压和测点层风荷载的空间相关性较弱,但不同缩尺比模型的测点风压功率谱和测点层风荷载功率谱随频率的变化规律保持了较好的一致性。(2)研究了超高层建筑结构风致振动的阻尼特性。针对一些学者提出的两种修正随机减量(Random Decrement Technique,RDT)方法以及在此基础上得出的超高层建筑风致振动的阻尼比随振幅非线性变化这一结论,首先利用含有常数阻尼比的理想信号和带噪声信号验证这两种修正RDT方法的有效性,结果表明:对于隐含常数阻尼比信息的仿真信号,在部分工况下识别得到的阻尼比与振幅呈非线性关系,因此这两种方法本身以及基于这两种方法得出的有关结论的正确性存在疑问。以280m高的深圳卓越世纪中心为案例,基于2011至2013年间4次台风过程中的实测数据以及若干弱风和环境振动数据进行了动力参数识别,结果表明,该结构的阻尼比与风致振动的振幅并无显著的非线性关系。(3)研究了高频底座测力天平(High-frequency Force Balance,HFFB)风洞试验中模型-天平系统的动力参数识别方法。HFFB风洞试验的测试数据需要经过预处理,以消除天平-模型系统对于气动荷载的放大效应。本文提出了一种识别HFFB风洞试验中模型-天平系统动力参数的新方法。与传统方法不同,该方法无需额外的敲击试验,而是直接采用风洞试验得到的基底荷载进行动力参数识别,该方法对于不同风向角识别得到的阻尼比有所不同,得到的阻尼比自然地考虑了气动阻尼的影响,因此该方法不仅比传统方法更为简便,得到的结果也更为准确。通过1个矩形横截面假想超高层建筑、1个近似矩形横截面实际超高层建筑和1个非矩形横截面实际超高层建筑的案例分析验证了本文方法的有效性。(4)提出了一种基于HFFB风洞试验的等效静风荷载计算方法。该方法在传统的等效静风荷载计算公式中附加了一项背景和共振响应相关项,相比于传统方法,新方法能够考虑背景响应和共振响应的相关性,因而计算结果更为精确。以广州东塔和西塔为案例说明了考虑背景和共振响应相关性的必要性以及新方法的有效性。(5)研究了不同风气候模型对应的参考风压对于结构风致响应的影响。以广州东塔为案例,考察了4种不同的风气候模型对应的不同参考风压对于结构响应计算结果的影响。结果表明,根据不同参考风压计算得到的结构响应存在很大差别。以广州西塔为案例,将基于4种参考风压所得到的结构顶部加速度响应与2008至2016年间主要台风过程中的实测结果进行对比分析,结果表明实测得到的最大瞬时加速度明显小于风洞试验结果,这说明4种风气候模型可能都高估了结构顶部的参考风压。另一方面,对于东塔和西塔的结构响应对比分析表明,东塔的峰值顶部加速度、峰值基底倾覆弯矩响应系数等响应结果小于西塔的计算结果,这说明采用退台设计方案的东塔比西塔具有更好的抗风性能。(6)以深圳京基100大厦为对象,进行了超高层建筑现场实测和风洞试验的综合案例分析。采用LAC-I型无线加速度传感器,对高441.8 m的深圳京基100(KK100)的加速度响应进行了为期5年(2011~2015)的连续监测。选取了4次主要台风过程(“纳沙”、“杜苏芮”、“维森特”和“天兔”)中的加速度观测数据以及常态弱风和环境激励下的加速度数据进行结构动力参数识别以及验证与风洞试验结果的一致性。结果表明:各种工况下自振频率的识别结果具有很好的一致性,比有限元建模分析得到的相应结果大约21%,而阻尼比的识别结果表现出一定的离散性,x、y两个方向的阻尼比分别在0.6%~0.9%和0.33%~0.71%之间变化,但阻尼比与振幅并不存在明显的相关性。在风场条件基本一致的情况下,实测结果与风洞试验结果具有良好的一致性,两者在振幅较强的横风向的加速度响应相差4.2%,这说明风洞试验的可靠性。同时近5年来的连续观测遇到了和深圳地区10年重现期风压相当的最大风速,测得的最大瞬时加速度仅为0.123 m/s2,表明该建筑的舒适度能够满足要求。