矩形截面高层建筑风力特性研究

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1、第21卷第3期华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版)Vol.21No.32004年9月　J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Sep.2004矩形截面高层建筑风力特性研究1121陈建兰　金康宁　杨子松　梁　波(1.华中科技大学　土木工程与力学学院,湖北　武汉　430074;2.浙江大学　建筑工程学院,浙江　杭州　310027)摘　要:以点同时测压法和HFBB法对9种矩形截面高层建筑模型进行风洞实验,通过对大量实验数据的处理和分析,提出了斯托罗哈数的经验公式,研究了结构的空间相

2、关性,验证了一些相干函数经验公式的适用性.将实验得到的层风力谱合成为底部风力谱,比较了两种测试方法和风环境下的底部风力谱,最后分析了底部风力的相干性.关键词:层风力;　功率谱;　互相干;　相位角;　底部风力弯矩+中图分类号:TU973.213　　文献标识码:A　　文章编号:167227037(2004)0320061205　　风荷载对高层建筑与高耸结构的动力作用非顺风面边长.常显著,基于片条理论和准定常理论建立的顺风1.1　斯托罗哈数向风振分析方法已被广泛应用.但这种与结构体Strouhal数为与结构截

3、面几何形状和雷诺数型密切相关的高层建筑风力的数据太少,一些文有关的参数,对于矩形截面的细高结构,其旋涡发献提出了同时考虑结构体型和来流特征的横风力放规律与雷诺数基本无关,我国规范中只给出了[1,2]谱和扭转谱的经验公式,NotreDame大学几种典型截面的Strouhal数.(UND)用高频动态天平测力法(HFBB)建立27a.横风力的Strouhal数.当0.33≤DöB<2[3]种结构体型的风力谱的数据库,但未研究风荷时,横风力谱图曲线只有一个很明显的谱峰,谱峰载的空间相关性.应用等效静力荷载法可以

4、计算所对应的折算频率即是Strouhal数,当2≤DöB[4]得到结构基底弯矩,但是如果用层风力特性分≤3时,功率谱密度曲线出现两个谱峰,第一谱峰析非线性或非对称结构下多自由度系统的动力响所对应的折算频率即是Strouhal数,第二谱峰所应将更有效.风荷载的时程模拟最关键的是需要对应的折算频率是Strouhal数的k倍.根据实验[5]风力谱和风力的空间相关性,但高层建筑不同知,当0.33≤DöB≤0.63时,Strouhal数基本相层的脉动风力空间相关性仍需研究.等,当0.63≤DöB≤3时,Strou

5、hal数随长宽比的作者根据文献[6]分析的层风力谱特性,得出增大而逐渐减小(图1),作者采用分段函数表示了横风向和扭转向的斯托罗哈(Strouhal)数的经Strouhal数,即验公式,研究了层风力空间相关性,修正某些相干St=0.0720.33≤DöB≤0.63;32函数经验公式的参数,使其与实验结果更加吻合.St=0.0138(DöB)-0.0846(DöB)+另外,将各层的层风力谱合成得到结构底部风力0.1399(DöB)+0.01570.63

6、模b.扭矩的Strouhal数.关于横风力谱的旋涡型、UND(HFBB)数据库数据提供的基底弯矩谱脱落卓越频率与扭矩力谱的旋涡脱落卓越频率的进行比较,分析了基底力的相干性.关系,Reinhold认为后者是前者的0.85倍,与实验结果基本符合.当0.33≤DöB<0.5时,1　实验结果分析Strouhal数基本相等,当0.63

7、文献[6].St0.0176(DöB)-0.0988(DöB)+下文中H为模型总高度,B为迎风面边长,D为0.1478(DöB)+0.00610.63

8、4年R($z,p)=û$zû125.22[1+(af·p)]·[1+(bv·av·p)]6(1)根据实验,建议参数af=4;bv=8,av=3;p=n$zöU;$z=(j-k)Hö10,其中,j=1～10,k为基准(a)　横风力谱的Strouhal数层,j为其它层的编号,如要求第2层相对于第8层的相干函数曲线,则取j=2,k=8,依此类推.公式及下文中n为频率;U为模型顶部风速.c.横风向层间相干性.由图3可见,随着高差的减小,峰值顶点逐渐