不同长宽比矩形截面高层建筑的风荷载研究沈国辉钱涛罗蒋皓余世策楼文娟摘要：针对矩形截面高层建筑的整体风荷载，进行B类地貌7种长宽比建筑的测压风洞试验，分析各测点层的体型系数随风向角和高度的变化，研究整体体型系数随风向角和长宽比的变化，最后将试验结果与规范值进行比较.研究表明：垂直长边方向的体型系数最大值出现在正迎风角度；垂直短边方向的体型系数最大值出现在正迎风偏20°角度.垂直短边方向的体型系数随着长宽比的增大而减小.试验获得的整体体型系数随深宽比的变化趋势与规范一致，但数据上有偏差.当深宽比不大于1时，部分试验数据大于规范值，最大值出现在深宽比1∶2工况；当深宽比大于1时，试验数据小于规范值.关键词：高层建筑；风荷载；风洞试验；体型系数；矩形建筑：TU312.1文献标识码：A风荷载是高层建筑（超高层建筑）的主要控制荷载，准确合理地确定作用在高层建筑上的风荷载具有重要意义.目前国内高层建筑以矩形截面最为常见，荷载规范＼[1-3＼]中给出了矩形截面高层建筑迎风面、背风面和侧风面的体型系数，而在2012版新规范＼[2＼]中还补充了不同深宽比（D/B）下背风面的体型系数.但在高层建筑设计时设计人员还会碰到目前无法在规范中查询到的内容：1）斜风作用下高层建筑沿轴网方向的体型系数；2）不同深宽比下迎风面和侧风面的体型系数.针对矩形截面高层建筑的风荷载，顾明等＼[4-5＼]研究了10个典型截面高层建筑的风压系数、测层阻力系数和升力系数；丁威＼[6＼]分析了3种长宽比高层建筑的风压系数和阻力系数；梁枢果等＼[7＼]研究了4种长宽比高层建筑的升力系数和横风谱特征；郅伦海等＼[8＼]研究了某高层在两种风场下的平均风压和脉动风压；李正农等＼[9＼]研究了C类和D类风场对高层建筑风效应的影响；谢壮宁和朱剑波＼[10＼]研究了并列布置高层建筑的风压干扰问题.以上分析主要给出高层建筑的风压系数和阻力系数等信息，但对于结构设计人员来讲，应用最直观的数据是沿结构轴网方向的整体体型系数＼[11＼]，这也是本文研究的着重点.基于以上背景，本文针对7种长宽比矩形截面高层建筑的风荷载，在模拟B类地貌的大气边界层风场中进行刚性模型测压风洞试验，分析7个高层建筑的层体型系数随风向角、高度和长宽比的变化，根据试验结果计算高层建筑的整体体型系数，探讨整体体型系数随风向角和长宽比的变化规律，最后将试验结果与现行规范进行比较.试验结果可为不同长宽比高层建筑的抗风设计提供参考.1规范中高层建筑体型系数的规定荷载规范2001版＼[1＼]和2012版＼[2＼]均给出了矩形平面高层建筑的体型系数规定，如图1所示.由图1可知，顺风向的整体体型系数（迎风面和背风面的叠加）为1.3.荷载规范2012版在2001版基础上增加了新的规定，即针对高度超过45m的矩形截面高层建筑，给出了不同深宽比（D/B）情况下背风面的体型系数，如图2和表1所示.由表1可知该条规定主要考虑深宽比（D/B）对矩形截面高层建筑背风面风荷载的影响，即背风面的体型系数绝对值随着截面深宽比的增大而减少.2矩形截面高层建筑的风洞试验2.1试验模型简介选取7种不同长宽比的矩形截面高层建筑进行研究，建筑物高度均为H=182.88m，7个高层建筑的具体参数见表2，其中2#建筑即为国际风工程中著名的CAARC标准模型＼[12＼]的原型.7个模型均采用ABS塑料等材料制作，几何缩尺比均为1∶300.每个模型沿高度各布置9个测点层，测点层高度分别为180m，170m，148m，126m，104m，82m，60m，38m和16m，在下文中分别采用0.98H，0.93H，0.81H，0.69H，0.57H，0.45H，0.33H，0.21H和0.09H来表示.对于同一模型9个测点层的测点布置均一致，各测层的测点数和总测点数见表2.对于每个测点层的测点布置方案，在窄边布置7个测点，在长边布置的测点数根据长度进行适当调整，如长宽比为1∶1时长边布置7个，在长宽比为8∶1时长边布置19个.7个模型在风洞中最大阻塞比为4.12%，满足风洞试验要求的5%，2#模型的风洞试验情况如图3所示.试验风向角和体型系数的方向定义如图4所示，其中x为垂直窄边方向，y为垂直长边方向.2.2风洞试验概况试验在浙江大学政法1大气边界层风洞中进行，试验段长18m，宽4m，高3m.风压测量...