主动吸气与被动气动控制下超高层建筑风荷载特性研究

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1、硕士学位论文主动吸气与被动气动控制下超高层建筑风荷载特性研究CHARACTERISTICSOFWINDLOADSONSUPERHIGH-RISEBUILDINGSUNDERACTIVESUCTIONCONTROLANDPASSIVEAERODYNAMICCONTROL张继同哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TU973.213学校代码：10213国际图书分类号：624.014密级：公开工学硕士学位论文主动吸气与被动气动控制下超高层建筑风荷载特性研究硕士研究生：张继同导师：郑朝荣博士申请学位：工学硕士学科：结构工

2、程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TU973.213U.D.C.:624.014DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCHARACTERISTICSOFWINDLOADSONSUPERHIGH-RISEBUILDINGSUNDERACTIVESUCTIONCONTROLANDPASSIVEAERODYNAMICCONTROLCandidate：ZhangJitongSupervisor：Dr.Zhe

3、ngChaorongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructureEngineeringAffiliation:SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要为了缓解人口与建设用地之间的矛盾，超高层建筑正越来越受到人们的青睐。由于建造技术的进步和

4、新型高强轻质材料的使用，超高层建筑的高度也一次次打破极限，向着更高的方向发展。当建筑物的高度越来越高时，风荷载就逐渐成为其结构设计中的决定性因素。采用气动措施改善超高层建筑的抗风性能是一种非常有效的手段，而气动措施又可以分为被动气动控制和主动气动控制两种形式。对于被动气动控制，风工程学者们已经开展了广泛的研究，而有关主动气动控制方面的研究才刚刚开始，有待深入。本文正是在这样的背景下开展研究的。为减小超高层建筑的风荷载，改善其抗风性能，本文把主动吸气控制与被动气动控制这两种方法有机地结合起来，研究了其对超高层建筑风荷载特

5、性的影响。本文的主要工作包括以下四个方面：1、对已有的吸气控制装置进行了改进，实现了更大功率的吸气控制。基于等高等体积的原则设计了5种超高层建筑刚性模型（包括基准模型、凹角模型、切角模型、锥台模型和Y型模型）以及风洞试验方案，并采用CFD方法分析比较了几何参数（凹角率、切角率以及锥度）对模型平均风荷载特性的影响，基于CFD结果确定了模型的具体几何参数。2、完成了被动气动控制下5种超高层建筑模型的同步测压风洞试验。基于试验结果，分析了被动气动控制和风向角对模型平均风荷载特性、脉动风荷载特性和极值风压特性的影响。3、完成了

6、主动吸气与被动气动控制联合作用下5种超高层建筑模型的同步测压风洞试验。基于试验结果，分析了吸气流量系数和风向角对模型平均风荷载特性、脉动风荷载特性和极值风压特性的影响，并与被动气动控制下对应模型的风荷载特性进行了比较，证明了主/被动气动控制的优越性。4、利用基于RSM湍流模型的RANS方法对风洞试验的典型工况进行CFD数值计算，然后分别从表面平均风压系数、层平均风压系数和整体气动力系数三个方面与风洞试验结果进行了比较，相互验证了CFD方法的可行性以及试验的准确性。之后，利用CFD方法探究了凹角吸气模型和Y型吸气模型的吸

7、气孔位置的合理性。最后利用流场的可视化，通过对各模型周围的流场和湍动能场的分析，解释了被动气动控制和主动吸气控制的机理。关键词：超高层建筑；被动气动控制；吸气控制；风洞试验；CFD数值模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInordertoalleviatethecontradictionbetweenpopulationexplosionandlimitedlandforconstruction,superhigh-risebuildingshavebecomeanincreasinglyattra

8、ctivetopicincivilengineeringstructures.Duetotheextensiveutilityofadvancedconstructiontechnology,andhigh-strengthandlight-weightmaterials,thebuildingsaregettinghighera