某超高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計

【摘? 要】本文對某一超高層建筑進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，獲得了該建筑模型上各測點(diǎn)風(fēng)壓時程，通過數(shù)據(jù)處理和計算分析，可以得到該建筑表面風(fēng)壓值和結(jié)構(gòu)響應(yīng)值，為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計提供了依據(jù)。結(jié)果表明：該超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，抗風(fēng)性能滿足強(qiáng)度、剛度和舒適度等要求。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)洞試驗(yàn);風(fēng)壓時程;結(jié)構(gòu)響應(yīng)

一、項目簡介

某超高層建筑高度為253米，該建筑結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，由于超高層建筑具有高寬比大，頻率低，低阻尼等特點(diǎn)，在強(qiáng)風(fēng)作用下，該建筑會產(chǎn)生較大的表面風(fēng)壓、結(jié)構(gòu)加速度和結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)，從而影響到結(jié)構(gòu)的安全性和舒適度，因此需要對該超高層建筑進(jìn)行抗風(fēng)試驗(yàn)[1-3]。某超高層建筑效果圖如圖1 所示。

圖1 某超高層建筑效果圖

二、試驗(yàn)簡介

（一）試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

該超高層建筑試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎袡C(jī)玻璃制成，幾何縮尺比為1：300，模型表面共布置了368個測點(diǎn)，從而測得模型的表面風(fēng)壓、位移、加速度和內(nèi)力響應(yīng)。為了考慮周邊建筑對超高層建筑的干擾影響，該實(shí)驗(yàn)還模擬了建筑周圍750米直徑內(nèi)的主要建筑，該超高層建筑周圍建筑采用PVC板制成模型模。試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D片如圖2所示。

圖2 風(fēng)洞試驗(yàn)照片

（二）試驗(yàn)方法

為了測量風(fēng)洞試驗(yàn)參考高度處的風(fēng)速，利用眼鏡蛇三維脈動風(fēng)速探頭和電子掃描閥，測得模型表面的風(fēng)壓、風(fēng)速和位移，依次對所有測壓點(diǎn)進(jìn)行掃描。采樣時間為90秒，每個測點(diǎn)的采樣頻率為331Hz，試驗(yàn)參考點(diǎn)的風(fēng)速為8.0米/秒。

本試驗(yàn)?zāi)M了0°～360°風(fēng)向角的情況，其角度間隔為15°，共24個試驗(yàn)風(fēng)向角。試驗(yàn)風(fēng)向角如圖3所示

圖3 試驗(yàn)風(fēng)向角

三、結(jié)果分析

由圖4可知：不同重現(xiàn)期，不同風(fēng)向角的加速度不同，重現(xiàn)期越大，加速度越大。在50年重現(xiàn)期極值風(fēng)速作用下，各風(fēng)向角最大加速度為5.3厘米/秒2;100年重現(xiàn)期極值風(fēng)速作用下，各風(fēng)向角最大加速度為6.4厘米/秒2。從圖中分析結(jié)果可以看出，不同重現(xiàn)期風(fēng)荷載作用下，該超高層建筑最大加速度響應(yīng)均小于我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的加速度界限值。我國“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”（JGJ 3--2002）規(guī)定，對高層混凝土結(jié)構(gòu)公共建筑，其頂點(diǎn)最大加速度應(yīng)小于25厘米/秒2。

圖4 最大加速度響應(yīng)

圖5 最大位移響應(yīng)

由圖5可知：不同重現(xiàn)期，不同風(fēng)向角的位移不同，重現(xiàn)期越大，位移越大。在50年重現(xiàn)期極值風(fēng)速作用下，各風(fēng)向角最位移為18厘米/秒;在100年重現(xiàn)期極值風(fēng)速作用下，各風(fēng)向角最位移為23厘米/秒，頂部的側(cè)移與其高度的比值最大為1/1524。該結(jié)果滿足我國“高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”（JGJ3-2012）規(guī)范的要求。

圖6 基底彎矩

圖6給出了不同方向，不同風(fēng)向角的基底彎矩。由圖可知，各風(fēng)向角等效風(fēng)荷載引起建筑底部的最大彎矩分別為：X軸向最大彎矩：6.2×106N;Y軸向最大彎矩：2.4×107N;對比各風(fēng)向角而言，Y軸的基底力相對較大。這是因?yàn)?，在該風(fēng)向角下建筑立面的迎風(fēng)面積較大，較寬的迎風(fēng)面造成的流體分析效應(yīng)，使側(cè)面和背風(fēng)面的負(fù)壓絕對值之和亦較大。

四、結(jié)論

綜上所述，該超高層建筑雖然高度較高，但是設(shè)計荷載主要以順風(fēng)向荷載為主。因此通過風(fēng)洞試驗(yàn)和理論計算，該超高層建筑在不同重現(xiàn)期的抗風(fēng)性能均能夠滿足安全性和適用性的要求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

劉紅菊 女 漢 河南省焦作市溫縣? 碩士（非全）河南理工大學(xué)? 建筑結(jié)構(gòu)與材料。

（作者單位：河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院）