采用外形气动措施的高层建筑风荷载及其干扰效应研究

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1、硕士学位论文采用外形气动措施的高层建筑风荷载及其干扰效应研究WINDLOADANDINTERFERENCEEFFECTRESEARCHONTALLBUILDINGSWITHAERODYNAMICMODIFICATIONINBODYSHAPE董忆夏哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU973学校代码：10213国际图书分类号：624.04密级：公开工学硕士学位论文采用外形气动措施的高层建筑风荷载及其干扰效应研究硕士研究生:董忆夏导师:刘红军教授申请学位:工学硕士学科:结构工程所在单位:深圳研究生

2、院答辩日期:2015年6月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU973U.D.C:624.04DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringWINDLOADANDINTERFERENCEEFFECTRESEARCHONTALLBUILDINGSWITHAERODYNAMICMODIFICATIONINBODYSHAPECandidate:DongYixiaSupervisor:Prof.LiuHongjunAcademicDegreeAp

3、pliedfor:Master’sDegreeinEngineeringSpeciality:StructuralEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着结构分析设计水平的进步和施工技术的提高，世界各地超高层建筑逐渐增加。一方面，随着高度的增加，超高层建筑的风

4、敏感性愈发显著；另一方面，随着超高层建筑密集度的加大，相互之间干扰效应难以忽略。已有研究表明，采用外形气动措施能够有效地降低建筑的风荷载，节省成本。目前对干扰效应的研究主要限于方形或矩形截面高层建筑，对采用外形气动措施的高层建筑干扰效应鲜有学者进行研究。本文采用计算流体力学（CFD）与有限元数值仿真相结合，以顺风向及横风向荷载、干扰系数和顶点位移为指标进行评价，对采用外形气动措施的高层建筑风特性及其干扰效应进行研究。本文的主要研究内容如下：对采用外形气动措施的高层建筑单体进行风荷载分析。选取的采用外形气

5、动措施主要有角部处理和螺旋上升两种。对于角部处理建筑，通过大涡模拟得到顺风向及横风向风荷载时程，研究不同尺寸和形状的角部处理对建筑风荷载的优化机理；对于螺旋形建筑，采用定常分析，研究平均风荷载随扭转角度改变的变化规律。结果表明选择合理的外形参数后，角部处理建筑与螺旋形建筑均能实现较为显著的气动优化效果。对采用外形气动措施的高层建筑与方形建筑相互干扰时的工况进行风荷载分析。采用CFD数值模拟对不同间距布置情况下，圆角建筑与方形建筑的干扰效应进行研究。与单体孤立建筑的风荷载进行对比，提出干扰系数实现对干扰效

6、应的量化分析。此外，对建筑间距进行参数分析，参考荷载规范的做法，给出圆角建筑与方形建筑的干扰系数分布图，为进一步的研究和工程应用提供参考。结果表明，圆角建筑位于风向上游时，下游受扰建筑会对其风荷载产生一定影响，而螺旋形建筑在并列布置时，其横风向会因为两建筑外形差异不对称性而存在一定平均风荷载。根据本文确定的圆角建筑与方形建筑相互干扰的风荷载时程，充分考虑气动阻尼的影响对结构进行风振响应分析。基于流固耦合数值模拟，根据所选风速范围，确定相应气动阻尼，并将其转换为结构等效阻尼比。利用ANSYS建立有限元模型

7、进行风振时程分析，研究气动阻尼对结构风振响应的影响。结果表明考虑干扰效应时，特定间距下圆角建筑顶点位移较大，甚至会超过方形建筑，外形气动措施难以取得预期效果。关键词：高层建筑；风振响应；外形气动措施；干扰效应；气动阻尼-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofstructuredesignandconstruction,thenumberofthesupertallbuildingincreasedgraduallyontheworld.Over200s

8、upertallbuildingshigherthan250metreshavebeenconstructedfromuncompletelystatics.Withtheincreasementoftheheight,thesensibilityofthewindloadismoreandmoreremarkable.Whilewiththeaerodynamicmeasuresappliedtosupertallbuilding,win