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典型大高宽比超高层建筑极值风压研究

伍永生  
【摘要】:风灾属于常见自然灾害。对于轻质高柔的超高层建筑,风荷载是其抗风设计的主要控制荷载。峰值风压是超高层建筑围护结构设计风荷载的取值依据,也关系到风致响应的准确估算。针对我国建筑规范中超高层建筑模型几何外形单一缺陷,本论文对具有大高宽比(9:1)特性的楔形系列模型和退台系列模型,在风洞试验室进行同步测压试验。通过模型分析结构表面的偏度系数、峰度系数,提出建筑表面高斯区域与非高斯区域的划分标准。采用五种估算方法分别在高斯区域和非高斯区域进行极值风压的估算,比较各方法在不同区域的优缺点,选取合适的估算方法。进一步分析了不同风向角下立面收缩、角区切角、退台收缩三种气动外形措施对峰值风压分布的影响。全文主要贡献如下:(1)比较了峰值因子法、修正的Hermite矩模型法、单样本分析法、分段多观测值法和观察峰值平均法这五种极值风压估算方法,发现当样本时间长度为短时程时,在高斯区域中峰值因子法优于其他方法;在非高斯区域中修正的Hermite矩模型法的拟合度最高。但在中时程(120min)以上的样本,无论是高斯区域还是非高斯区域,观察峰值平均法都是最合适的估算方法,误差率在10%以内。分区方法用于本文后续数据分析。(2)立面线性收缩模型随着锥度的增大,迎风面正压有增大的趋势;整个侧风面和背风面的极值风压系数都有所下降,其中锥度为6.6%的模型降低趋势最大。在斜风作用下立面线性收缩气动措施同样可以减小模型所受的表面风压。(3)角区切角的模型迎风面的切角处会产生很大的负压,随着高度的增加,切角边上的负压也随之增大。但在背风面上的相较于方形模型,极值风压系数得到了有效的下降,方形切角模型的效果最好,侧风面风压下降了10.65%,背风面降低约35.66%。(4)退台收缩的气动措施会使得迎风面的正压增大,且增幅随着退台次数增加扩大,六台阶模型增加约19.64%;可以降低模型整体的负压,效果随退台次数而减弱,其中三台阶的效果最好,降低约10.5%;在退台模型侧风面的台阶转角处会产生很大的负压。上述结果可指导大高宽比超高层建筑抗风设计。


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