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城市超高层建筑风荷载的群体干扰效应研究文献综述

 2020-04-15 08:04  

1.目的及意义

目的:

已有研究表明,实际群体环境中的建筑物上作用的风荷载与孤立建筑物上所测定的结果并不相同,群体建筑间这种风荷载效应被称之为干扰作用。

随着我国城市化的快速发展,城市的土地供应量日趋紧张,导致超高层建筑在城市建筑布局中急剧增加。高层建筑结构群体效应研究成为结构风工程的研究热点之一,众多学者通过风洞试验与数值模拟手段开展了大量研究,指出:由于受到峡谷风以及尾流的影响,干扰效应使得受扰建筑的风致荷载及其响应增大,这对高层建筑是不利的;而在遮挡效应作用下,可能又降低了受扰建筑的荷载效应。

我国荷载规范[1](8.3.2条)明确指出对于集群的高层建筑宜考虑干扰效应,并分别给出了顺风向与横风向的建议值;但由于实际工程中群体建筑之间相互位置千变万化,荷载规范也不能涵盖所有的情况,指出对于不能参考已有资料的,可通过风洞试验来确定。

干扰效应对于超高层建筑的影响不容忽视,因此需要采用风洞试验进行缩尺模拟风场实验确定某一具体超高层建筑风压分布等特性,同时也要运用流体力学方法和计算机软件,建立合适的模型,进行计算机理论分析并加以对照,在考虑多种因素的前提下研究城市超高层建筑风荷载的干扰效应。

意义:

风致干扰效应自从1965年英格兰渡桥热电厂的8座冷却塔群后三排塔倒塌事故以来一直都是风工程研究的热点。在事故原因的调查中发现:这次破坏是冷却塔的迎风面壳体上出现巨大的拉力而引起的,而这巨大的拉力又是由于塔群的群体干扰效应所致。一方面由于来流在上游相邻冷却塔之间的间隙中产生了“穿堂风”效应,放大了作用在下游冷却塔上的平均风荷载;另一方面,由于下游塔处于上游塔的尾流区边缘,从而使其受到了由尾流脉动引起的很大的脉动风荷载。于是为了能更为深入的研究风致干扰效应,研究人员便开始进行了一系列的探索性实验,采用两个刚性的矩形建筑模型(其中一个为周边的施扰建筑,另一个为受扰建筑)在开阔地貌上研究串列布置和并列布置时受扰建筑的平均压力变化,结果表明邻近的施扰建筑对受扰建筑将产生比较严重的干扰效应[2]。随后,施扰建筑研究范围从简单的串列和并列位置逐渐扩大,研究人员开始尝试着研究施扰建筑在受扰建筑周围一定的范围内任何一个位置产生的干扰效应,Bailey等[3]研究结果表明处于上游和下游的施扰建筑可对受扰建筑的动力荷载在分别产生4.4倍和3.2倍的放大效应。Blessmann等[4]通过研究15种不同相对位置下的两个建筑间在不同风向角下的干扰效应,结果也表明平均力系数可增大30%,且扭矩系数可放大3倍。

半个世纪以来,众多学者对干扰效应问题展开了大量的研究,并结合实际情况,通过风洞试验,计算机仿真模拟等手段总结出了很多的经验和规律。在国内,顾明等[5]总结了群体高层建筑风荷载干扰效应的研究现状并对该领域研究进行了展望。杨伟等[6]对高层建筑风致静力干扰效应进行了试验和数值模拟研究。张敏等[7]采用风洞试验和数值模拟方法研究了某群体建筑的风荷载干扰效应。周鲁敏[8]基于数值模拟研究了某双塔结构的平均风荷载以及塔楼间的干扰效应。沈祺等[9]利用数值模拟技术对多幢高层建筑间风场以及风灾进行研究分析。杨立国等[10]研究了错列布置的超高层建筑群的干扰效应。

本论文主要采用理论分析和风洞试验的方法,针对我国某地一超高层建筑风荷载的群体干扰效应问题开展研究,总结出各种因素影响下的相关规律,对城市超高层建筑的群体干扰效应进行评价并提出设计建议。

国内外的研究现状分析:

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