上部吸气控制下超高层建筑风荷载特性的研究

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1、ClassifiedIndex：TU973.213U.D.C.:624.014DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCHARACTERISTICSOFWINDLOADSONASUPERHIGH-RISEBUILDINGSCONTROLEDBYUPPER-SURFACESUCTIONCandidateRenKaiSupervisor：Prof.WuYueAssociatesupervisor:Dr.ZhengChaorongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngi

2、neeringSpeciality：StructureEngineeringAffiliation:SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：June,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着高强轻质材料的广泛应用和新型结构体系的出现，现代城市建筑的高度越来越高、阻尼比越来越小，这对结构的抗风设计提出了新的挑战。采取空气动力学措施来减小超高层建筑风荷载和风致响应已被证实为一种改善结构抗风性能

3、的有效手段。将航空和机械领域的吸气主动控制技术引入到超高层建筑的抗风设计中是近年来一项新兴的课题，已有学者对此开展了一定量的数值模拟研究，但还相当不全面，尚需结合风洞试验和精确CFD数值模拟方法进行更为系统和深入的研究。本文的工作正是在此背景下开展的，在总结前人研究成果的基础上，采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对上部吸气流动控制下超高层建筑的平均风荷载特性和脉动风荷载特性进行研究，主要的工作包括以下几方面：1、基于已有的吸气流动控制试验技术，设计了本次风洞试验的吸气控制系统（包括引风机、流量计、吸气管路、流量控制阀等），为今后进行此方

4、面的试验研究提供有意义的参考。2、进行了上部吸气控制下超高层建筑风荷载的刚性模型测压试验研究，分析了不同风向角下吸气控制的几何参数（开孔位置）和流量参数（吸气流量系数）对模型的平均风荷载特性和脉动风荷载特性的影响规律，定义了风荷载折减系数以定量表示吸气控制效果。3、建立上部吸气控制下超高层建筑风荷载的CFD数值模拟（包括RANS和LES方法）技术，并通过与上述风洞试验结果的比较验证了其有效性。通过展示超高层建筑吸气模型的周围流场，探讨了吸气实现风荷载控制的机理。关键词：超高层建筑；吸气流动控制；风洞试验；CFD数值模拟；风荷载折减系数-I-哈

5、尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsaresultoftheextensiveapplicationofhigh-strengthlight-weightmaterialsandemergenceofnewstructuresystemsinconstruction,theheightofmodernurbanstructuresisgettinghigher,andthedampingratioisgettingsmaller.Therefore,itbringsanewchallengetothewind-resistance

6、designforsuperhigh-risebuildings.Takingaerodynamicmeasurestoreducethewindloadsonandwind-inducedresponsesofsuperhigh-risebuildingshasbeenproventobeaneffectivemeanstoimprovetheirwind-resistanceperformance.Introducingthesuctioncontrolmethod,whichwaswidelyusedindomainsoftheaero

7、spaceandfluidmachinery,intothewind-resistancedesignforsuperhigh-risebuildingsisarisingtopicinrecentyears.Althoughsomeresearchworkhasbeencarriedoutviathecomputationalfluiddynamicsmethod,moresystemeticandin-depthinvestigationsshouldbeconductedusingthewindtunneltestsandmoreacc

8、uratenumericalsimulationmethods.Underthecircumstances,manypreviousresearchachievem