超高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

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随着建筑高度的增加,建筑结构本身越来越轻柔,风对建筑的作用越来越强烈,使得结构的风效应越来越成为控制超高层建筑的安全性、舒适性和经济性的决定性因素,因而超高层建筑风致响应研究对结构设计也变得越来越重要.风洞模型试验是风工程研究中不可或缺的重要组成部分.多自由度气动弹性模型风洞试验更是能全面反映结构与风相作用的试验方法.该课题在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1大气边界层风洞中调试出了B类及D类风场,设计制作了一套质量、自振频率及气动外形在一定范围内可调的通用的一般超高层建筑多自由度气动弹性模型,并对由它调节出的一系列模型,在调试以的两种风场及均匀风场中,进行了仔细的风洞试验.通过风洞试验,得到如下主要结论:在常见风速下,超高层建筑的风致抖振随风速的增大而增大、随风场中紊流度的增大而增大、随结构刚度的减小而增大.正方形截面四角上设倒角或削角有利于减小风致振动,倒解作用更为明显.结构横风向振动总是大于顺风振动.但在高风速(如30年或50年重现期风速)下,几种结构均将出现涡激共振,均匀流风场中的风致振动可能会比紊流风场中的风致振动更大.此时,倒角和削角结构可能增大涡激振动.涡激力对结构横几向和顺几向振动都有贡献.它对横风向的作用较强,作用频率等于旋涡脱落频率;对顺风向的作用相对较弱,作用频率为旋涡落频率的两倍.该文还给出了上海地区高300米,宽50米的有不同外形的超高层建筑顶部在10年、30年、50年重现期风速下的横风向及顺风向振动位移及加速度方根的具体数值,可供工程结构设计计算时参考.
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