圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

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1、圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验　　摘要：对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验，并对其风荷载特性进行了研究；分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律，给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果；分析了最不利风向角下的风荷载功率谱，并采用经验公式进行拟合；分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明：对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载，且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象，从本质上改变风荷载特性，有利于主体结构的抗风设计；角部区域负压较大，对幕墙抗风设计不利。　　关键词：高层建筑；方

2、形截面；风洞试验；三分力系数；风荷载功率谱；体型系数　　中图分类号：TU973.2文献标志码：A　　Abstract：Thepressuretestwascarriedoutontherigidmodelofsquaresectionhighrisebuildingwithroundcornerrateof25%，andthecharacteristicsofwindloadswerestudied.Thechangerulesofthreecomponentcoefficientandbasemomentcoefficientalongwiththewi

3、ndanglewereanalyzed.Thefittingresultsofmeanvalueofdragcoefficient，rootsquaredeviationofdragcoefficientandliftcoefficientweregiven.Thewindloadpowerspectrumunderthemostunfavorablewindanglewasanalyzed，andfittedbyempirical12formula.Theshapecoefficientwasanalyzedandcomparedwiththesquar

4、eshapecoefficientofcode.Theresultsshowthatthewindloadcanbesignificantlyreducedwhenthecornersofsquarebuildingarerounded，andthesharpandnarrowsinglepeakphenomenonofthepowerspectrumcurvecanbeeliminated.Thewindloadcharacteristicischangedinessence，andisbeneficialforthewindresistantdesig

5、nofthemainstructure.Thenegativepressureinthecornerareaislarger，whichisdisadvantageoustothewindresistancedesignofcurtainwall.　　Keywords：highrisebuilding；squaresection；windtunneltest；threecomponentcoefficient；windloadpowerspectrum；shapecoefficient　　0引言12　　不同截面形状的高层建筑风压分布特性、风荷载特性会明显不

6、同[16]。对于正方形建筑和矩形建筑，适当的局部修正能明显改变高层建筑的风压分布特性和风荷载特性。Carassale等[7]的研究表明，圆角处理措施使气流分离之后更易再附着于模型的2个侧面。Tamura等[8]的研究表明，切角和凹角处理能影响方柱的尾流宽度，能明显降低模型的阻力。此外，圆角处理导致分离剪切层有可能再附于模型的2个侧面，影响模型的风压特性。Melbourne等[9]研究了凹角、切角、圆角这3种不同角部修正方式对方形截面高层建筑横风向气动力的影响，认为适当的角部修正率可使横风向气动力谱的峰值大幅减小，从而降低临近涡激共振风速下结构的风致响应。可

7、见，圆角处理措施会影响气流分离和再附着，导致模型气动特性、风荷载及风致响应的改变。本文基于刚性模型测压试验，分析了圆角率为25%的正方形截面高层建筑风荷载三分力系数和功率谱特性，计算其体型系数，以供抗风设计参考。　　1风洞试验概况　　风洞试验在湖南大学建筑与环境风洞实验室中进行，试验模型为ABS板制作的刚性模型，模型尺寸为100mm×100mm×600mm，缩尺比为1∶500，测点布置和风向角定义如图1所示（图1中，FD，FT，FL分别为阻力、升力和扭矩），风向角间隔为5°，逆时针为正，由于模型的对称性，试验范围为0°～90°；高层建筑所处的环境一般为C类

8、地貌，本文试验采用挡板、尖劈和粗糙元调试得到C类风场，试验风速为1