局部外形特征对高层建筑立面上围护结构风荷载的影响涌1,严志威1,明李达明21,全顾(1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;2.中国建筑上海设计研究院,上海200063)摘要:基于一外形复杂的高层建筑刚性模型表面压力测量风洞试验,对高层建筑立面上测点的最不利风压系数进行了研究,分析了局部外形特征对高层建筑立面上围护结构风荷载的影响。试验结果表明,最不利正风压系数不受建筑立面局部外形特征的影响,可以基于来流湍流特征用准定常理论近似预测。最不利负风压系数与尾流分离有关,受建筑局部外形特征的影响较大,平直立面上的小,弧形立面上的大。这些结论为高层建筑围护结构的设计提供了参考。关键词:高层建筑;最不利风压系数;围护结构风荷载中图分类号:TU312+.1文献标识码:A高层建筑是典型的风敏感结构,风荷载是高层建筑结构设计的主要控制荷载之一。人们对高层建筑的主体结构风荷载,特别是顺风向等效静力风荷载,进行了大量的研究[1-3],获得了较为成熟的理论和计算方法,被各国规范广泛采用[4-6]。然而,高层建筑围护结构设计风荷载的研究却并不多见[7-9],有待深入。由于围护结构通常刚度较大,自由振动频率较高,而风荷载的卓越频率一般较低,很难激起围护结构的共振。因此,围护结构风荷载一般不包括共振分量,只包括平均荷载和背景荷载,与结构的动力特征无关,它仅仅取决于来流风速特征和结构的局部外形特征。本文基于一栋实际高层建筑———富春江励骏超高层旅游酒店———的刚性模型测压风洞试验[10],分析了建筑局部外形特征对高层建筑立面上最不利风压系数的影响,为复杂体型高层建筑的围护结构风荷载设计提供参考。1实验概述富春江励骏旅游酒店高为150m(最高点为154m),外形如图1～图4。建筑由西至东渐渐升起,并螺旋上升直至塔楼。塔楼外立面(图4)有平面,有弧面,有尖角,也有凹槽,体型特征鲜明。同济大学土木工程防灾国家重点实验室对该建筑进行了刚性模型测压风洞试验。风洞试验在TJ23大气边界层风洞中进行的,该风洞试验段长14m、宽15m、高2m。模型的几何缩尺比为1/150,试验模型及周基金项目:国家自然科学基金面上项目(50878159)、上海市浦江人才计划(08PJ14095)、国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50621062)和国家自然科学基金重大研究计划重点项目(90715040)联合资助收稿日期:2009-07-29修改稿收到日期:2009-08-11第一作者全涌男,博士,副教授,硕士生导师,1971年生---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---133第12期全涌等:局部外形特征对高层建筑立面上围护结构风荷载的影响峰值风压系数采用峰值因子法[12],计算如下:C^pi(θ)=Cpi(θ)+gσcpi(θ)-gσcpi(θ)(2)(3)Cpi(θ)=Cpi(θ)其中,C^(θ)和C(θ)分别表示风向角为θ时测点i处pipi的正负峰值风压系数;Cpi(θ)和σcpi(θ)分别表示风向角为θ时测点i处的风压系数平均值和均方根值;g为峰值因子,一般在2.5～4.0之前取值,在这里取g=3.5[12]。用于围护结构设计的风压是各测点在所有风向角中的最不利风压,对应的最不利风压系数计算如下:C^^=max[Cpi(θ)θ=θ0-θN(4)]ext_pi=max[Cpi(θ)θ=θ0-θN(5)Cext_pi]其中,C^和C分别表示测点i处的最不利正风压ext_piext_pi系数和负风压系数;为θ0～θN风向角的变化范围,这里是0°、15°、30°、、345°。3试验结果分析建筑上测点较多,无法在这里全部列举。在此选择高度为112.3m处断面上的测点(图3～图4)进行分析,该断面处的流场不会受到建筑顶部及底部三维流的影响,具有代表性。311最不利风压系数的分布所选断面上各测点的最不利正风压系数见图6所示。各测点的最不利正风压系数的差别不大,在1.42到1.63之间变化,均值为1.49,这表明,尽管各测点所处位置局部外形特征差异很大,但最不利正风压系数基本保持不变,基本不受局部外形特征影响。基于准定常理论估算各测点的最不利正风压系数的方法如下[13]:C^2(6)=Cp[1+gIu(z)]p_qs其中,Cp为风向正对测点时的平均风压系数;在模型外表布置了328个测点,共15层,标准层Iu(z)=σu(z)/U(z)为来流湍流度。通过下式计算准定常方法的估算误差率:如图4所示。试验风速为12m/s。试验中风向角的定义如图4所示,风向角间隔取...