雷暴冲击风是雷暴天气中强烈的下沉气流猛烈撞击地面形成的沿地表传播的极具突发性和破坏性的一种强风,是非台风地区极值风速形成的主要原因,对建筑结构具有很大的危害性。然而,目前我国抗风设计规范还没有对雷暴冲击风风场和风荷载信息的相关规定,从工程的角度去研究雷暴冲击风及其对建筑结构的荷载作用显得迫在眉睫。因此,本文对雷暴冲击风风场及其对高层建筑结构的荷载作用机理进行了深入的分析研究,主要包括以下几个方面的内容:(1)采用静止型冲击射流模型在试验室模拟雷暴冲击风风场,采用热线风速仪对平地和坡地工况雷暴冲击风风场进行了详细的测试工作。测试结果表明:初始射流参数和射流速度对雷暴冲击风风场有显著影响,但并不影响通过射流参数无量纲之后的风速剖面。平地工况雷暴冲击风最大径向风速出现在1倍射流直径的径向位置处,最大风速约为1.05倍射流速度,最大风速出现的高度约为0.037倍射流直径。雷暴冲击风径向风速剖面为“鼻子状”,与大气边界层平均风速剖面存在巨大差异。坡地地形对雷暴冲击风风场影响较大。与对应平地工况相比,坡地檐口位置存在约为1.2倍的径向风速加速效应;在坡地檐口之后,雷暴冲击风风场虽然辐射的高度更高,但风场强度衰减的速度却更快。针对现有雷暴冲击风径向风速模型不适用于所有径向位置的缺点,根据热线测试得到的平地工况径向平均风速结果建立了沿径向变化的径向平均风速剖面模型。(2)采用大涡模拟方法对平地和坡地地形雷暴冲击风瞬态风场进行数值模拟,将数值模拟与物理试验结果进行了相互比对,结果较为吻合。根据瞬态风场的模拟结果,详细分析了雷暴冲击风从下沉气流形成,到撞击地面,直至以前端涡旋的方式向四周发散的整个过程。分析表明,前端涡旋的发展对雷暴冲击风瞬态风场有决定性的作用。根据大涡模拟得到的平地工况雷暴冲击风竖向风速结果,给出了各径向位置处雷暴冲击风竖向风速剖面数学模型。(3)进行了雷暴冲击风作用下方形截面高层建筑刚性模型测压试验,详细分析了雷暴冲击风作用下高层建筑表面风压的幅值特性、频谱特性和相关性。根据平地和坡地地形两类工况实验结果,分析了坡地地形对高层建筑表面风压特性的影响。(4)在刚性模型测压试验的基础上,开展了对雷暴冲击风作用下高层建筑层风荷载特性的试验研究。总结了径向、横风向和扭转向层风荷载沿径向位置和高度的变化规律,并由此建立了高层建筑在正面迎风情况下层风荷载均值、均方差、功率谱及相干函数的数学模型,为雷暴冲击风抗风设计提供依据。