典型高层建筑风荷载风洞试验研究

高层建筑风荷载摘要：文章主要介绍了风荷载对高层建筑的作用，关于风荷载研究的一些方法，并用我做过的中铁物流大厦的风洞试验为例说明风洞实验的研究方法。

阐述了一些结构等效靜力风荷载的计算方法以及抗风设计中应值得继续研究的问题。

关键字：高层建筑，抗风，风洞试验，等效静力风荷载，问題1.引言风是从高气压吹向低气压的一种气流。

高层建筑是在特殊地区和时间下，为了满足社会和经济的需求而建造的，其独特性和各自特异的风格，增加了城市景观，吸引了大量的旅游观光者。

而更具有实用意义的是满足了城市口益增长的工作、生活空间的需求。

但任何建筑高度的增加必将会增加风荷载的力度。

风荷载是各类建筑物的主要侧向荷载之一，对于高、大、细、长等柔性结构而言，风荷载是起主要作用的，且时常超过地震作用而成为决定性荷载，复杂的动力风效应影响是结构设计的控制因素之一。

灾害性台风可能导致结构主依开裂或损坏；长时间持续的风致振动则可能便结构某些部位如节点、支座等产生疲劳与损伤，危及结构安全。

随着新技术、新材料、新工艺、新型式、新设计方法的应用，工程结构也朝着长大化、高耸化、复杂化、柔性化、小阻尼方向发展，这使得其固有频率越来越接近强风的卓越频率，对风的敏感性越来越强。

因此重大的高耸柔性结构在风荷载作用卜的动力效应特性研究也受到学术界和工程界的极大关注和重视。

2.风荷载的分类风对高层建筑是一种持续时间较长的随机荷载。

风对结构物的作用，使结构产生震动，其原因主要有：（1）有与风向一致的风力作用，它包括平均风和脉动风，其中脈动风要引起结构物的顺风向振动，这种形式的振动在一般工程结构中都要考虑；（2）结构物背后的漩涡引起结构物的横风向的振动；（3）由别的建筑物尾流中的气流引起的振动。

2. 1顺风向荷载《建筑结构荷载规》（GB50009-2012）明确给出了高层建筑顺风向等效荷载的计算方法，著名学者A. G. Davenport在60年代建立了基于抖振理论的结构顺风向风荷载计算模型，成为风工程研究及各国制定风荷载规的基础。

高层建筑中的风荷载分析与设计随着现代城市建设的迅猛发展，高层建筑的作用和地位越来越显著。

然而，高层建筑由于其独特的特点，面临着风荷载的挑战。

风荷载是指建筑物在风力作用下所承受的力，其大小以及作用方式直接影响着高层建筑的稳定性和安全性。

因此，高层建筑中的风荷载分析与设计十分重要，本文将从不同角度对该问题展开讨论。

一、风荷载的基本概念风荷载是指由于风力作用产生的力对建筑物产生的压力、吸引力以及剪切力等。

它是建筑物设计中不可忽视的重要因素。

风荷载的大小与建筑物的高度、形状、表面积等因素密切相关。

在高层建筑中，由于其高度较大，表面积较广，因此所受的风荷载也较大。

二、风荷载的分析方法针对高层建筑中的风荷载分析，通常采用风洞试验和数值模拟两种主要方法。

风洞试验是指将建筑物的模型置于风洞中，通过模拟风的作用，测量建筑物所受的风荷载。

这种方法具有直观、真实的优势，能够为分析提供准确的数据。

另外，数值模拟方法是通过计算机技术对风场进行建模，从而预测风荷载。

这种方法可以对不同情况进行模拟，具有较高的灵活性和普适性。

三、风荷载的设计标准为了保证高层建筑的稳定性和安全性，各国都制定了相应的设计标准来规范风荷载的计算与设计。

以中国为例，我国建筑设计规范《建筑抗风设计规范》中规定了不同地区和不同高度的建筑物所应承受的风荷载系数。

设计人员在进行风荷载设计时，需要根据具体情况选择适当的标准，并合理应用。

四、风荷载在结构设计中的应用高层建筑的结构设计是保证其稳定性和安全性的关键环节。

风荷载的大小和作用方式需要被充分考虑和应用于结构设计中。

根据风荷载的特征，可进行结构抗风设计，采用合理的布置形式、减小结构自身的风阻系数，提高结构的抗风能力。

此外，合理的刚度设计和振动控制措施也是保证高层建筑稳定性的重要方法。

五、风荷载分析与设计的案例为了更好地理解高层建筑中的风荷载分析与设计，以下是一个实际案例。

某城市要建设一座100米高的办公楼，设计师需要进行风荷载分析与设计。

“超高层建筑风荷载”资料合集目录一、超高层建筑风荷载的试验研究二、超高层建筑风荷载和效应控制的研究及应用进展三、多国规范超高层建筑风荷载取值及与风洞试验的对比性研究四、超高层建筑风荷载的试验研究五、典型超高层建筑风荷载频域特性研究超高层建筑风荷载的试验研究随着现代建筑技术的飞速发展，超高层建筑在全球范围内如雨后春笋般涌现。

这些建筑不仅代表着城市的发展水平，也体现了人类对建筑技术的创新和挑战。

然而，随着建筑高度的增加，风荷载成为了一个重要的设计考虑因素。

风荷载是影响超高层建筑稳定性和安全性的重要因素之一，因此，对超高层建筑的风荷载进行试验研究显得尤为重要。

风荷载是空气流动对建筑物产生的压力和剪切力。

在静止的空气中，建筑物会受到一个正面的压力，这是由于空气分子撞击建筑物表面而产生的。

然而，当空气流动时，建筑物受到的压力会发生变化。

当空气分子撞击建筑物时，会产生一个垂直于表面的力，这就是风荷载。

风荷载的大小取决于多个因素，包括风速、建筑物的形状、高度和重量等。

为了研究超高层建筑的风荷载，我们建立了一个模型，模拟真实建筑在风中的受力情况。

我们使用了一个风洞实验室，通过控制风速和调整建筑模型的角度，可以模拟不同情况下的风荷载。

我们使用传感器来测量建筑模型在不同风速下的位移和应力，并记录数据。

通过试验，我们发现风荷载随着风速的增加而增加。

在较高的风速下，风荷载成为影响建筑稳定性的主要因素。

我们还发现，建筑物的形状和结构对风荷载的影响很大。

对于较瘦高、轻质的建筑物，风荷载对其稳定性的影响更加显著。

超高层建筑的风荷载是一个复杂的问题，需要深入的试验研究和理论分析。

通过本项试验研究，我们得到了风荷载与风速、建筑物形状和结构之间的关系的初步结果。

为了进一步研究超高层建筑的风荷载，我们建议：继续开展风洞试验，增加不同类型和高度建筑物的试验样本，以得到更全面的数据。

结合数值模拟方法，如CFD（计算流体动力学）模拟，以更准确地预测风荷载的影响。

高层建筑的风洞试验与风力工程高层建筑是现代城市的标志与面貌之一，但由于其巨大的高度和纤细的结构，容易受到风力的影响，从而引发一系列的工程问题。

为了确保高层建筑的结构安全和舒适性，风洞试验及风力工程的研究变得至关重要。

本文将探讨高层建筑的风洞试验与风力工程的重要性、方法以及对工程设计的影响。

一、高层建筑的风洞试验的重要性风洞试验是通过在实验装置中模拟真实风场来研究风力对建筑物的影响。

由于高层建筑的高度较大，常常超过常规建筑物的高度，因此其受到的风力作用也更为显著。

风洞试验可以帮助工程师们了解高层建筑在不同风速和风向下的受力状况，以及通过对建筑物外形、结构和材料等方面进行优化改进。

这有助于提高高层建筑的结构安全性、减小风压和风荷载对建筑物的影响。

二、风洞试验的方法与步骤风洞试验通常包括几个基本的步骤：风洞设计、标定试验和力测试验。

首先，风洞的设计至关重要，它必须具备适当的尺寸、风速和风向调节系统，以模拟真实的风场。

然后，进行标定试验，即通过在风洞中放置标准模型，来获得风力与模型尺度的关系。

最后，在具备准确标定关系的风洞中，进行实际的力测试验，通过放置高层建筑模型来测量建筑物在不同风速和风向下的受力情况。

三、风洞试验对工程设计的影响高层建筑风洞试验的结果对于工程设计具有重要的指导意义。

首先，在进行风洞试验之前，工程师们需要进行初步设计，包括建筑物的形状、高度和结构等方面。

通过风洞试验，工程师们可以评估初步设计的可行性，发现潜在的问题，并对设计进行优化。

其次，风洞试验可以提供重要的风荷载数据，这对于结构设计和材料选择具有指导意义。

通过了解风力对建筑物的影响，工程师们可以合理选取构件尺寸和材料强度，从而提高结构的安全性和经济性。

四、风力工程的研究与应用风力工程是研究风力与建筑物相互作用的学科，其主要研究与应用包括风力荷载计算、结构响应分析和风环境评价等。

通过对高层建筑的风力荷载进行准确计算，能够为结构设计提供重要的数据支持。

高层建筑的风洞试验与风力设计近年来，城市化进程加快，高层建筑越来越普遍，而在高耸入云的建筑中，风力设计显得尤为重要。

高层建筑所面临的风压和风荷载问题不容忽视，因此进行风洞试验成为了建筑设计中的重要环节。

本文将探讨高层建筑的风洞试验和风力设计的相关内容。

一、风洞试验的基本原理风洞试验是通过缩小试验对象的比例，模拟真实环境中的风场，对建筑结构在风荷载作用下的响应进行实验研究的方法。

其基本原理是利用气流产生相对于建筑物运动的模拟风场，通过监测建筑物的响应，得到不同风速、风向下的风荷载数据，从而进行风力设计。

二、风洞试验的意义1. 增强结构的安全性：风洞试验能够模拟不同的风速和风向条件，通过监测建筑结构在不同条件下的响应，可以为设计师提供准确的风荷载数据，确保结构的安全性。

2. 优化设计方案：通过风洞试验，可以在建筑结构设计初期发现问题，及时进行调整，优化结构方案，提高抗风能力和减小风载影响。

3. 减少建筑成本：通过风洞试验得到准确的风荷载数据，可以避免结构过度设计，减少不必要的浪费，降低建筑成本。

三、风洞试验的过程1. 模型制备：根据实际建筑物的比例，制作实验模型。

模型制作过程要保证模型的准确性和可靠性，以便能准确模拟实际情况。

2. 场地准备：选择风洞试验场地，确保试验过程中没有干扰和风洞效应。

3. 实验操作：在风洞中放置实验模型，通过激励系统产生风，同时记录模型的响应数据，如位移、应变等。

4. 数据处理：对实验数据进行处理和分析，得到建筑结构在不同风速、风向下的响应结果。

5. 结果评估：根据实验结果评估建筑结构的风荷载承受能力，为风力设计提供依据。

四、风力设计的要点1. 风荷载计算：根据风洞试验结果和相关规范，计算出建筑物在设计风速下的风荷载。

2. 结构设计：根据风荷载计算结果进行结构设计，确定合理的结构截面尺寸和钢筋配筋等。

3. 风振问题：对于高层建筑来说，颤振是一个重要的问题。

设计师需要通过风洞试验确定建筑物的抗颤振措施，如添加阻尼器、加固结构等。

高层建筑设计中的风荷载分析与控制随着现代城市化进程的加快，高层建筑的建设成为城市发展的重要组成部分。

然而，高楼大厦容易受到风力的影响，风荷载是高层建筑设计中的一个重要问题。

本文将探讨高层建筑设计中的风荷载分析与控制的方法和技术。

一、风荷载分析风荷载分析是建筑设计的重要环节。

在高层建筑的设计过程中，需要对建筑物在风力作用下的应力和变形进行计算和分析。

风荷载分析需要考虑多个因素，如建筑物的高度和形状、风速和风向、地理位置等。

在进行风荷载分析时，一种常用的方法是使用风洞实验。

风洞实验可模拟实际风力对建筑物的作用，通过测量建筑物的振动和应力变化，评估其抗风能力。

这样的实验不仅可以得到建筑物的风荷载数据，还可以为设计工程师提供重要的参考信息。

另一种常用的分析方法是数值模拟。

利用计算流体力学（CFD）模型和计算机软件，可以对建筑物在不同风速和方向下的风荷载进行模拟和分析。

这种方法可以更加精确地预测建筑物的风荷载，帮助设计师合理设计建筑结构。

二、风荷载控制在高层建筑设计中，风荷载控制是确保建筑物安全的关键。

风荷载对建筑物的影响主要体现在结构稳定性和振动控制方面。

为了确保建筑物的稳定性，设计师通常会采用一些措施来增强建筑物的抗风能力。

例如，在设计过程中使用适当的结构形式和横截面形状，增加建筑物的承载能力；使用合适的材料，提高建筑物的抗风性能；在建筑物的顶部设置风阻板或加固设备等。

此外，要控制建筑物的振动，防止共振现象的发生。

振动对建筑物的结构和功能产生不利影响，可能导致结构破坏甚至倒塌。

因此，设计师需要在设计过程中考虑振动控制的问题。

一种常用的方法是在建筑物的结构中设置阻尼器或减振器，通过吸收和消散振动能量来降低结构的振动水平。

此外，还可以通过合理设计建筑物的空气动力特性来控制风荷载。

例如，在建筑物的外墙上设置适当的外立面，可以起到减小风压和风荷载的作用。

三、案例分析为了更好地理解高层建筑设计中的风荷载分析与控制，以下是一些实际案例的分析。

高层建筑结构设计中的风荷载分析在当今城市的天际线中，高层建筑如雨后春笋般拔地而起。

这些高耸入云的建筑不仅是城市现代化的象征，更是建筑工程领域的巨大挑战。

在高层建筑结构设计中，风荷载是一个至关重要的因素，它对建筑的安全性、稳定性和舒适性都有着深远的影响。

风荷载，简单来说，就是风作用在建筑物表面上产生的压力和吸力。

然而，其实际的作用机制和影响却远非如此简单。

当风遇到高层建筑时，会产生绕流、分离和漩涡等复杂的流动现象，从而在建筑物的表面形成不均匀的压力分布。

这种不均匀的压力分布会对建筑结构产生水平力和扭矩，可能导致结构的变形、振动甚至破坏。

风荷载的大小主要取决于风速、风向、建筑物的形状、高度、表面粗糙度以及周围环境等因素。

风速是风荷载的最直接影响因素，风速越大，风荷载也就越大。

风向则决定了风对建筑物的作用方向，不同的风向会导致不同的压力分布。

建筑物的形状对风荷载的影响也十分显著。

例如，方形或矩形的建筑平面在风的作用下，其角落处容易产生较大的负压，而圆形或椭圆形的建筑则相对较为均匀地承受风荷载。

建筑物的高度也是一个关键因素，随着高度的增加，风速通常会增大，同时风的紊流特性也会更加明显，这使得风荷载的计算和分析变得更加复杂。

表面粗糙度则反映了建筑物外表面的凹凸不平程度。

粗糙的表面会增加风的阻力，从而影响风荷载的大小。

周围环境，如附近的建筑物、地形地貌等，也会对风的流动产生干扰，进而改变作用在目标建筑上的风荷载。

在进行高层建筑结构设计时，准确地评估风荷载是至关重要的。

目前，常用的风荷载计算方法主要包括规范法和数值模拟法。

规范法是基于大量的风洞试验和实际观测数据，通过统计分析得出的经验公式和系数。

各国的建筑规范中都对风荷载的计算方法和取值进行了规定。

这种方法简单易用，但对于一些特殊形状或复杂环境下的建筑，可能会存在一定的局限性。

数值模拟法则是利用计算机软件对风场和建筑物的相互作用进行模拟。

通过建立数学模型，求解流体力学方程，可以得到建筑物表面详细的风压力分布。

高层建筑设计中的风洞效应分析高层建筑是现代城市中的标志性建筑，它们的设计不仅要考虑美观与实用性，还需要兼顾安全性。

其中，风洞效应是一个重要的设计考虑因素。

本文将探讨高层建筑设计中的风洞效应分析。

1. 风洞效应的定义和原理风洞效应是指当风吹过高层建筑时，会形成一种气流现象，产生强大的气流压力，对建筑物造成影响。

这种效应的原理是风在高层建筑周围流动时，会形成一个低压区域，使得风速加大，从而对建筑物产生冲击力。

2. 风洞效应对建筑物的影响风洞效应对高层建筑物的影响是多方面的。

首先，它会对建筑物的结构稳定性产生影响。

由于风洞效应会导致气流压力增大，建筑物可能会受到巨大的侧向力，从而对结构造成损害。

其次，风洞效应还会对建筑物的外观造成影响。

当风洞效应发生时，建筑物表面可能会出现振动和噪音，影响建筑物的美观度和居住环境。

3. 风洞效应的分析方法为了减小风洞效应对高层建筑的影响，设计师需要进行风洞效应的分析。

目前，常用的分析方法有物理模型试验和数值模拟两种。

物理模型试验是通过制作建筑物的缩比模型，并将其放入风洞中进行试验，模拟风洞效应的发生。

通过观察模型在风洞中的表现，可以得出建筑物在实际环境中的响应情况。

然而，物理模型试验需要耗费大量的时间和资源，并且只能模拟特定的风洞效应情况，因此在实际应用中有一定的局限性。

数值模拟是一种使用计算机模拟建筑物在风洞效应下的响应的方法。

通过建立数学模型和运用流体动力学原理，可以计算出建筑物受到的风力和压力。

数值模拟具有成本低、效率高的优势，可以模拟各种复杂的风洞效应情况，因此在高层建筑设计中得到了广泛应用。

4. 风洞效应的应对措施为了减小风洞效应对高层建筑的影响，设计师可以采取一些应对措施。

首先，可以通过改变建筑物的形状和外观来减小风洞效应的发生。

例如，通过设计圆滑的外墙形状和减少突出的部分，可以减小风的阻力，降低风洞效应的强度。

其次，可以采用风洞效应减缓装置，如风洞阻挡器、风洞缓冲器等。

第1篇一、实验背景随着我国经济的快速发展，高层建筑、桥梁等大型结构物越来越多地出现在城市中。

这些结构物的设计、建造和使用过程中，风荷载的作用不容忽视。

为了更好地理解和预测风荷载对结构的影响，本研究开展了中风洞实验，旨在研究风场对高层建筑结构的影响，为结构设计提供理论依据。

二、实验目的1. 研究风场对高层建筑结构的影响，包括风荷载大小、方向、频率等。

2. 分析不同风向、不同高度、不同体型结构的风荷载特性。

3. 评估现有风荷载计算方法的适用性，提出改进建议。

三、实验方法1. 实验模型：采用1:200比例的模型，模拟实际高层建筑结构。

2. 风洞实验：在实验室风洞中进行，模拟不同风向、不同风速条件下的风荷载。

3. 测试仪器：采用压力传感器、风速仪、风向仪等设备，测量风荷载、风速、风向等参数。

四、实验过程1. 模型准备：将模型放置在风洞实验台上，确保模型稳定。

2. 风场模拟：设置不同风向、不同风速条件，模拟实际风场。

3. 数据采集：启动测试仪器，记录风荷载、风速、风向等参数。

4. 数据分析：对采集到的数据进行处理、分析，得出结论。

五、实验结果与分析1. 风荷载特性：实验结果表明，风荷载大小与风速、风向、建筑体型等因素有关。

在顺风向，风荷载较大；在横风向，风荷载较小。

建筑体型对风荷载影响较大，高宽比、长宽比等参数对风荷载有显著影响。

2. 风荷载计算方法：通过对比实验结果与现有风荷载计算方法，发现现有方法在部分情况下存在误差。

针对不同建筑体型，提出改进建议，以提高计算精度。

3. 风洞实验优点：风洞实验能较好地模拟实际风场，为结构设计提供可靠依据。

实验过程中，可以精确控制实验条件，提高实验结果的准确性。

六、结论与建议1. 风荷载对高层建筑结构有显著影响，设计中应充分考虑风荷载的作用。

2. 针对不同建筑体型，采用合适的计算方法，以提高风荷载计算精度。

3. 风洞实验是研究风荷载的有效手段，建议在结构设计中广泛应用。

实验模型的制‎作1.工程背景与概‎况本次实验旨在‎研究一拟建高‎层玻璃幕墙结‎构建筑的表面‎风压分布情况‎，为玻璃幕墙的‎设计强度、施工工艺和材‎料选用提供依‎据。

该高层建筑，高41层（120米），水平面为L 形‎，底部4层或作‎商用，上部37层为‎办公用房，整体采用钢结‎构，立面采用玻璃‎幕墙装饰。

基于该建筑的‎以上特点，风荷载成为其‎侧向控制荷载‎。

2.模型设计与加‎工建筑模型的设‎计与加工，应遵循“相似准则”，以实际高层建‎筑为原型，采用1:200的缩尺‎比，绘制完成建筑‎模型图、构件加工图，加工得到实物‎模型，具体步骤如下‎：（1）建筑模型图以拟建高层玻‎璃慕青结构建‎筑为原型，以1:200的缩尺‎比对长宽高三‎个方向进行等‎比例缩小，得到模型的各‎个立面图及俯‎视平面图。

同时，为满足测量建‎筑表面风压系‎数的需要，应对需要布置‎测压管的位置‎进行标记。

测压管的布置‎采取水平向均‎匀布点、竖直向取特征‎位置布点的方‎法，在模型顶面和‎四面共布置了‎234个测点‎，在图中以“十”字标记。

（2）构件加工图模型加工材料‎为4.5mm 厚的有‎机玻璃，首先在考虑材‎料厚度的前提‎下设计实验模‎型的拼装方法‎，再按照拼装方‎法计算各拼装‎构件的尺寸，最终获得各拼‎装构件的加工‎图及试验模型‎拼装说明图，以AutoC ‎A D 文件输出‎。

（3）机械加工将设计好的构‎件加工图纸导‎入数控车床的‎控制系统中，以4.5mm 厚的有‎机玻璃板为原‎料在数控车床‎上加工出期望‎的拼装构件，并按照设计的‎数目在标记的‎测压管位置打‎出测压孔。

3.测压管的安装‎与编号模型拼装之前‎需要在其表面‎埋入内径为ϕ‎1mm的黄铜‎管，通过内径为ϕ‎1.4mm的乙烯‎树脂管与黄铜‎管及压力扫描‎阀进行紧密连‎接，再接到压力传‎感测量模型表‎面各测压点的‎风压。

测压管的安装‎步骤如下：（1）埋置测压管将测压管（内径为ϕ1m‎m的黄铜管）埋入有机玻璃‎构件上预先打‎好的测孔中，用502胶水‎粘接，为防止502‎胶水通过测孔‎渗入测压管中‎而将其堵塞，应该首先在模‎型表面粘上一‎层透明胶纸，要求测压管与‎模型表面保持‎垂直且平齐。

高层建筑中的建筑风工程与风洞试验在高层建筑的设计与建造过程中，建筑风工程与风洞试验发挥着重要作用。

建筑风工程是一门专业领域，通过对风力和建筑物之间相互作用的研究与分析，确保高层建筑在面对恶劣气候条件下的稳定性与安全性。

而风洞试验则是评估建筑物在不同风速下的响应和振动情况的主要手段之一。

本文将深入探讨高层建筑中的建筑风工程与风洞试验的重要性及应用。

首先，建筑风工程在高层建筑设计中具有至关重要的作用。

不同于低矮建筑物，高层建筑由于其高度和体型的特殊性，容易受到气流的冲击，从而引发风灾风险。

建筑风工程通过模拟和仿真风力对建筑物的作用，明确风荷载的大小和方向，为高层建筑的设计提供科学依据。

通过针对具体建筑结构的风洞试验，工程师可以掌握建筑物对风荷载的响应情况，评估建筑物的动力特性和结构安全性，并据此进行结构设计和构造优化。

其次，风洞试验在高层建筑设计与施工过程中扮演着重要角色。

风洞试验是通过模拟风力环境来评估建筑物的动力响应和结构安全性的实验方法。

试验中，建筑模型将被放置在风洞中，通过控制风洞中的风速和方向，观察建筑物的振动情况，同时测量其结构的应变和位移等参数。

通过风洞试验，可以检测出不同风速下建筑物的共振点和破坏点，为高层建筑设计者提供安全可靠的建筑结构设计和防风措施。

此外，建筑风工程与风洞试验还可以帮助设计师和工程师预测和改善高层建筑的风环境。

在设计过程中，建筑风工程师通过建筑物周围的背景环境、地形和气象数据等，对建筑物所处的风环境进行分析和评估。

通过这些数据，可以预测建筑物所面临的风荷载水平和气流流场情况，为建筑物的设计提供可行的解决方案和风险控制策略。

通过风洞试验的模拟，可以进一步验证建筑物设计的有效性，提高建筑物的抗风性能，并改善建筑物周围的风环境，提升居住者的舒适度。

总结起来，高层建筑中的建筑风工程与风洞试验是保障建筑物结构稳定性和安全性的关键环节。

通过风洞试验可以评估建筑物在不同风速下的响应和振动情况，为设计者提供科学依据和方向。

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究作者1,3, 作者2（1.作者详细单位，省市邮编；2.作者详细单位，省市邮编；3.作者详细单位，省市邮编）摘要：通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统地研究。

评估了各风力脉动分量的相关特性，研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征，分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数，并与规范结果开展了对比研究。

研究成果可以为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。

关键词：超高层；风荷载；风洞试验；风荷载功率谱中图分类号：TU973.2文献标识码：A 文章编号：Wind Tunnel Study of Wind Loads on a Typical Tall BuildingNAME Name1,3，NAME Name-name2(1.School of Science,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China；2.Department, City, City Zip Code,China；3.Department, City, City Zip Code, China)Abstract：The mechanics of wind load on a tall building were evaluated by a wind tunnel test in boundary layers. The cross-correlations among various wind loading components were presented and discussed in detail. In addition, further studies were conducted to investigate the spectral characteristics of along-wind, across-wind and torsional components. The equivalent static wind loads and the wind-induced amplifier factors of the building were caculated based on the wind tunnel results and compared with those estimated from the building design codes of China. The outcomes of this study are expected to be valuable for the design of super tall buildings.Key words：tall building; wind load; wind tunnel; wind force spectra随着轻质高强材料的广泛应用，现代高层建筑正朝着越来越高、越来越柔的方向发展，伴随而来的是结构基本自振周期变长、自身阻尼变小，结构风敏感性也越来越大，因此风荷载是高层建筑物设计的主要控制之一。

高层建筑风洞实验及安全研究在现代城市化进程中，高层建筑已经成为城市的标志性建筑之一。

但是高层建筑所处的环境复杂，可能受到影响的因素较多。

其中，强风是高层建筑设计中需要考虑的因素之一。

高层建筑在受到强风影响时，会产生较大的震动和变形，甚至可能出现结构损坏的情况。

为了确保高层建筑的安全，需要对其进行风洞实验和安全研究。

1. 风洞实验的概念和意义风洞实验是一种将真实环境中的风场模拟到尺度模型上的实验方法。

在高层建筑的设计过程中，由于其尺寸较大，现场试验成本昂贵，因此风洞实验成为了高层建筑设计中不可或缺的手段之一。

通过风洞实验，可以获取高层建筑在不同风速下的响应，包括力学响应和风振响应。

力学响应是指建筑在受到风力作用下的结构力学响应，包括位移和内力，而风振响应是指由于结构振动产生的建筑物的加速度响应。

通过对高层建筑的力学响应和风振响应进行分析，可以估计结构的稳定性和安全性，并进一步优化结构设计。

2. 风洞实验的方法和过程一般而言，风洞实验的过程可分为以下几步。

首先，需要确定高层建筑的设计及其所处的城市环境，包括地形、建筑密度和气象条件等。

然后，需要设计建筑的尺度模型，并根据模型确定实验室中的风洞尺寸和实验条件。

在确定实验条件之后，需要进行实验前的仪器校准和实验设计。

风洞的设计要求风洞流场的速度分布为均匀，稳定，无旋涡。

实验室内的风道和测量设备需要根据精度和精确的实验要求严格进行检查和校准。

同时，对于高层建筑的密封、外观、质量等方面的硬件条件也需要进行严格的检测和确定。

在实验过程中，需要将设计好的尺度模型放置于风道中，并逐渐增加风速来模拟风场的影响。

在不同的风速下，需要对建筑的响应进行测量，包括位移、内力和风振响应。

根据测量数据，可以进一步分析出建筑的结构响应和风振响应，从而优化建筑的设计。

3. 高层建筑安全研究的方法和意义高层建筑在受到风力影响时，可能出现结构稳定性和结构安全性的问题，但是这些问题并不一定是由于设计不良或材料质量不合格导致的。

局部开洞对高层建筑风荷载特性的研究袁伟斌;李泽彬;叶呈敏【摘要】通过运用计算流体动力学软件FLUENT对有局部开洞的高层建筑风荷载特性进行了风洞实验和数值模拟研究,得到了不同风向角下洞口周边风压系数风布以及风环境变化.本次风洞试验主要在大气边界层风洞中进行,主要对模型进行了测压试验.数值模拟采用realizablek-ε湍流模型,使用SIMPLEC算法分析了4种工况下贯穿开洞周围风压系数和周围风环境特性.研究结果表明:风压系数在洞口一侧增大,另一侧减小,影响区域的大小接近洞口尺寸.当风向角与建筑呈45°时,洞口内风速达到最大值,可以看出在高层建筑上安置风力发电机能够有效利用风能.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2016(044)004【总页数】5页(P451-455)【关键词】局部贯穿开洞;风洞试验;数值模拟;风压系数;风环境【作者】袁伟斌;李泽彬;叶呈敏【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TU973.213当前，城市生态问题已逐渐威胁到人类赖以生存的环境，低碳城市和城区的建设如绿色高层建筑是未来城市发展的必然趋势.绿色高层建筑通过将建筑与能源进行结合，能够有效的减小建筑能源消耗，通过开发和利用可再生能源如风能、太阳能等控制高层建筑的整体能耗.矩形截面高层建筑在工程设计中应用最为普遍，已有众多学者[1-5]对其风荷载特性进行了大量研究，获得了较为成熟的理论以及计算方法，并被各国风荷载规范广泛采用.顾明等[6]通过风洞试验得到了超高层建筑模型在横风向下的基底弯矩，同时分析了模型的宽厚比、长细比等对超高层建筑在横风向作用下气动力谱的影响.谢壮宁等[7]分析了在横风向和顺风向动力作用下，不同间距对建筑物的干扰效应.但对有局部开洞的高层建筑风荷载特性的研究还是结构抗风设计中的盲点，目前对其特性研究较少，难以满足当前工程发展的需求.局部开洞高层建筑周围风场特性以及结构抗风性能研究已成为当前的一个热点问题.风能作为目前一种可再生清洁能源，因城市地区高空处风速大，分布范围较广同时稳定性强.为充分利用高空处丰富的风能为减小建筑物能耗，可以在高层建筑贯穿开洞内位置安置风能发电机，合理利用可再生能源，从而达到长期节能的目的.笔者对矩形截面高层建筑在横向与纵向局部开洞进行了风洞试验和数值模拟，本次数值模拟主要采用了Realizable k—ε模型[8-10]，通过选择参数，模拟出与风洞实验相贴近的流场环境[11-12]进而研究比较了开洞处周围风荷载的特性.本研究有助于完善对有局部开洞的高层建筑风洞试验方法和数值理论应用研究；完善局部开洞高层建筑在抗风设计时的荷载取值工作，为建立健全高层建筑在风荷载作用下的长期监测提供技术支持.同时分析了洞口内的风场特性，为安置风能发电机提供一定的参考，也对高层建筑物在工程实践中抗风结构的选型、设计和现场施工具有一定的指导性作用.1.1 试验设施本次风洞试验主要在浙江大学风洞实验室中完成.风洞试验室全尺寸为长×宽×高=18 m×4 m×3 m.其中最高风速可达55 m/s.风洞实验室内通过三维移测架系统以及多种粗糙源等，能够迅速的模拟出与模型比例及所用地形相匹配的边界层气流，风洞试验开洞模型如图1所示.1.2 模型参数设置根据局部开洞方式建立M1(完整壁面模型)；M2(短边侧面开洞)；M3(长边侧面开洞)，风洞试验模型尺寸按照几何相似要求，模型缩尺比为1∶300.模型长×宽×高= 200 mm× 100 mm× 600 mm，短边洞口宽度为 30 mm，长边洞口宽度为60 mm，洞口高度均为 80 mm.模型在风洞中的最大阻塞率要求小于 3%.考虑到模型在风向角下的对称性，在0°～45°围内每间隔15°选取一种工况，如图 2(a)中1～4共4组工况，在位于开洞中心高度处的F截面布置测点，测点编号采用截面编号加测点编号的方式编号，如F9表示F截面上的第9个测点，测点位置与截面尺寸如图2所示.1.3 风压系数定义通过风洞试验或数值模拟，可以获得建筑表面处任意位置上(如第i测点)的风压值Pi，相应位置处的风压系数定义为式中：Cpi为第i测点的风压系数；Pi为第i测点的风压值；P0为风场内上游远端参考高度处的静压值；为来流标准高度处的参考风速，我国荷载规范取10 m高度处的平均风速值作为参考.1.4 结果分析图3～6列出了风洞试验方法获得的局部开洞模型M2，M3和完整壁面模型M1的F截面测点风压系数.工况1(图3)中3组风压系数沿测点位置变化大小基本一致，在背风面一侧较为接近；在迎风面由于受局部开洞影响较大，其值出现了较大波动.洞口的存在改变了周边流场的流动特性，洞口周围的风速增大，反过来又影响了周围风场的分布，模型M3洞口周边测点(如测点25和29)的风压系数呈现不同的分布发展规律，在其他3种工况下一侧(测点25)数值大于完整壁面相同位置下的风压系数，另一侧(测点29)数值比完整壁面该位置数值较小.在迎风面，贯穿洞口只对所在壁面的风压系数分布造成影响，受影响区域大小与洞口尺寸大小相接近，同时远离洞口区域的风压系数已基本不受局部开洞的影响.通过对上述4个工况的整体分析，模型M3与M2相比，风压系数受开洞影响更为显著.工况4(图6)，即模型与风来流方向成最大斜角时，风压系数总体受局部开洞影响最大，在迎风面两侧影响最为明显，在另外两侧其值波动与其他工况相比不大.洞口周边测点的风压系数呈现不同的发展规律但与其他工况发展相似，其值要明显大于其他几组工况，故可将工况4定义为最不利工况.2.1 计算模型及参数设置为与试验结果进行比较，根据试验模型建立全尺寸贯穿开洞数值模型：数值模型M1，数值模型 M2和数值模型 M3，模型为长×宽×高=60 m×30 m×180 m.考虑到洞口宽度对洞口内风速变化的影响，根据不同洞口宽度建立数值模型M4，M5，如表1所示，其中K为洞口宽度，L为洞口所在边长度.数值模拟计算域尺寸长×宽×高为15D×10D×5H，计算域高为5H，宽度为10D，模型上游长度为5D，下游长度为 10D，其中建筑物高度H为180 m，D为建筑物的特征长度，模型水平截面中心点设置为坐标原点.计算流域阻塞率设置满足小于3%，数值建模忽略较小的细部结构对模拟结果产生的影响，计算域内网格全部采用非结构化网格，近壁面网格分布如图7所示 .数值模拟计算采用Realizable k—ε湍流模型，并采用SIMPLEC算法，边界条件设定如下所示：1) 参照风洞试验方法确定入口速度及湍流强度，风速剖面指数即地面粗糙度α=0.15，B类地貌10 m高度处湍流强度I(10)=0.14.2) 出口边界条件为压力出口(Pressure-outlet)，出口压力设定为0 Pa，计算域两侧及顶部设置为对称边界(Symmetry)，模型壁面设定为固定无滑移壁面(Wall).采用非定常计算，运用SIMPLEC算法，其中动量、湍流动能以及耗散率均采用二阶迎风格式.当迭代残差小于1×10-5，即可以认为计算收敛，或者当风压系数、弯矩系数已基本不变时，认为流场模拟已进入稳定状态.2.2 数值模拟结果对比分析图8～10列出在工况4下各数值模型与风洞试验模型的F截面风压系数比较.与风洞试验获得的风压系数相比，本次数值模拟有效的模拟了该截面风压系数分布情况，数值整体上的分布发展与风洞试验模型数值基本吻合，3组数值模型在迎风面两侧风压系数与风洞试验值相似且波动不大，在背风面模型M2与M3风压系数受局部开洞影响幅度更大，其值与试验值相比相差较多.2.3 不同贯穿方式对高层建筑周边风环境的影响图11列出了在工况1下数值模型M2和M3在F截面(即Z=135 m)处X方向风速分布云图，在该高度处上游远端风速值为40.68 m/s.模型周边X方向风速受洞口影响剧烈，且风速受洞口方式不同而呈现出不同的分布规律，数值模型M2和M3在洞口内X方向风速波动分布较为均匀，其中，M2内风速值要明显大于同一高度处其他位置风速值，M3内风速值受到洞口分布影响，与同一高度处的值较为接近.2.4 不同洞口宽度对洞口周围风环境的影响根据研究当地气象资料，主风向角为22.5°和45°.图12，13为长边洞口内中心线处(Z=135 m)22.5°和45°时X方向数值模拟风速分布图，其中横坐标原点表示洞内中心点，坐标箭头指向洞内出风口位置.风向角α=22.5°时，洞口内风速发展无明显规律，洞口内风速值要明显小于洞口外风速值，且模型M4和M5洞口内中心处风速为负值，其内气流较为紊乱.风向角α=45°，各模型中心线上的风速均先增大后减小，洞口中心处风速达到最大值.通过对M3，M4，M5各模型风速的比较，洞口内整体风速随着洞口宽度的增大而增大.为能够合理利用风能，高层建筑应沿建筑物所在地主导风向设置洞口并选择合适的洞口宽度在其内安置风力发电机.高层建筑风压系数受两侧壁面局部开洞影响呈现较大的波动性，模型M3与M2相比，风压系数受开洞影响更为显著，相比风洞试验，数值模拟获得风压系数在背风面两侧受影响较为明显，其值整体小于实验值，部分模拟值较实验值有较小偏差，但整体上分布较为一致，证明了数值模拟的准确性及可靠性，并为实际工程提供了参考，同时分析了贯穿洞口内风速的变化，对合理有效利用其中的风能提供了依据.【相关文献】[1] 苏铭德，唐革风.高层建筑风载的数值模拟[J].空气动力学学报,1990(4):436-440.[2] BURNETT J, BOJIC M, YIK F.Wind-induced pressure at external surfaces of a high-rise residential building in Hong Kong[J].Building and environment,2005,40:765-777.[3] 周晅毅，黄鹏，顾明.受扰高层建筑的风致响应分析[J].土木工程学报，2007，40(8):16-21.[4] 聂少锋，周绪红，周天华.CAARC标准高层建筑三维钝体绕流风场数值模拟[J].土木建筑与环境工程，2009,31(6):40-47.[5] CHAN C M, HUANG M F, KWOK K C S.Integrated wind load analysis and stiffness optimization of tall buildings with 3D modes[J]. Engineering structures,2010,32：1252-1261[6] 顾明，叶丰.高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征[J].工程力学，2006，23(7):93-98.[7] 谢壮宁，顾明，倪振华.不同断面宽度群体高层建筑的动力干扰效应[J].建筑结构学报,2003，24(4):7-16.[8] 李晓鹏，董志勇.表面圆柱形突体流动特性的数值模拟[J].浙江工业大学学报，2011，39(2)：219-223[9] 张兆鑫，赵元虎，徐奔驰.基于CFD法的小型风机非扭曲叶片气动性能分析[J].浙江工业大学学报，2013，41(1)：68-72．[10] 张建胜，周锋，卢成原，等.典型低矮双坡屋盖平均风压的数值模拟[J].浙江工业大学学报，2014，42(3)：302-306.[11] 杨伟，顾明.高层建筑三维定常风场数值模拟[J].同济大学学报，2003，31(6):647-651.[12] 张兆顺，崔桂香，许春晓.湍流理论与模拟[M].北京:清华大学出版社，2005.。

风洞试验超高层建筑由于超高层建筑结构的特点，风荷载对于该类高柔建筑起控制作用，因此准确分析超高层建筑结构表面风荷载的分布机理就显得极为重要[1-4]。

本文依托于重庆某超高层项目，该项目由一栋超高层酒店办公综合楼、一栋超高层办公楼及一座多层商业裙房组成。

其中，1号塔楼为酒店办公综合楼，结构计算高度为270m，最高层数为60层；2号塔楼为办公楼，其结构计算高度达到150m，商业裙房地上5层地下4层，整个商业中心属于超高层建筑群。

由于风场的复杂性，建筑物整体和局部位置风荷载的取值缺乏规范依据。

因此，本文重点研究其在考虑周边建筑群影响下的局部体型系数分布[5-7]。

1风洞试验简介1.1试验设备与方法本次试验风洞为一座串联双试验段回/直流边界层风洞，其低速试验段宽 4.0m，高3.0m，长24.0m，最大风速大于30.0m/秒，高速试验段宽2.2m，高2m，长5.0m，最大风速大于80.0m/s，低速验段流场达到优秀边界层风洞流场标准[8-9]。

1.1.1测量系统及工作原理进行风洞试验之前需要对风洞的来流风进行调试，调试中需要测量参考风速。

本次试验流场的风速通过皮托管和微压计进行参考点风速和参考点静压的测量与监控。

参考点位置一般选在不易受到模型干扰的位置，通常可以设置在模型结构顶部高度处或者梯度风高度处。

本次风洞试验的测量系统的工作原理如图1所示。

作用于建筑模型表面的风压力通过测压孔以及测压导管达到压力传感器，压力传感器输出的模拟信号转换为数字信号后被记录下来，可以通过PC进行数据处理。

每个测点的测得的压力值与参考静压值之差即为该测点的实际风压值。

1.1.2边界层模拟该项目所处地面粗糙度类别为C类，即可知其大气边界层风剖面指数α为0.22，底部湍流度约为26％。

试验中采用粗糙元和尖塔等模拟大气边界层，并使用热线风速仪系统，测量了大气边界层在模型附近的速度剖面和湍流度。

1.2试验模型本次试验所用模型比例为1:300，总高度约0.9m，采用工业合成塑料板制作。