风荷载是高层建筑的控制荷载之一,而来流风特性对高层建筑风荷载及其风致响应影响很大,特别是湍流强度对结构的脉动风效应影响巨大。因此,研究湍流对高层建筑风效应的影响可以更好地理解结构风荷载和风致响应,从而提高结构的抗风性能,为拟建高层建筑的设计提供参考。风洞试验是结构抗风研究中最有效的方法,然而国内大部分均模拟荷载规范的四类风场,风洞内1m高处湍流强度达到20%的风场极少,导致高层建筑在高湍流强度下的风效应研究极少,因此,湍流对高层建筑风效应的影响还需要更加深入的研究。本文模拟出无湍流均匀风场、B类、C类、D类和D+风场总共五种风场。D+风场是在D类风场的基础上,基本不改变平均风剖面,只增加各个高度湍流强度所形成的风场,其中D类风场0.1m高处湍流强度26.2%,1m高处8.3%,D+风场0.1m高处湍流强度33.3%,1m高处20.2%。然后在五种风场中对6个刚体模型(宽×长×高分别为:15cm×15cm×40cm、15cm×15cm×70cm、15cm×15cm×100cm、12cm×24cm×40cm、12cm×24cm×70cm、12cm×24cm×100cm)进行了风洞测压和测力试验,研究了高层建筑风效应受湍流的影响,主要研究工作和取得的成果如下:第一,对6个模型在五种风场中进行了风洞测压试验,通过对各个模型外表面典型测点风压系数的分布规律进行分析,研究了不同湍流强度对高层建筑表面风压幅值特性的影响。试验结果表明当湍流强度比我国D类风场的湍流强度明显增大时,相对于D类而言任一模型4个立面平均风压系数在数值上都是增大的,甚至在D+风场中,背风面和侧风面出现了小正压。随着湍流强度增大,100cm、70cm的4个模型顺风向整体平均风荷载是减小的,但是,40cm的2个模型顺风向整体平均风荷载则是增大的。第二,对测压试验的数据进行频域分析,通过对所有模型脉动风压的水平相关性和竖直相关性、水平相干性和竖直相干性、脉动风压功率谱的水平和竖直变化等进行分析,研究了不同湍流强度风场对高层建筑表面风压频域特性的影响。随湍流强度的增大,迎风面测点间的水平和竖向相关系数均减小,背风面测点间的水平和竖向相关系数均增大,而侧风面则是分两种情况:未发生再附时,水平和竖向相关性减小;发生再附时则分离区相关性降低,再附区相关性升高。另外,随着湍流强度的增大,侧风面风压系数谱的主峰变得越来越矮,能量随频率的分布越来越宽。第三,采用峰值因子法计算模型表面的极值风压,分析了典型测点极值风压系数与风向角的关系,典型测点层最不利风压系数,研究了湍流对高层建筑极值风压的影响。湍流强度达到本文中的D+风场时,围护结构设计时不应只关注最不利负风压系数,也应该重视其最不利正风压系数。第四,通过分析6个模型在五种风场的基底弯矩,研究了不同湍流强度风场对高层建筑基底弯矩响应的影响。对比D类和D+风场,随着湍流强度增大,100cm和70cm高模型所受的顺风向平均阻力在减小,但是40cm高模型的结果与另外两种高度模型刚好相反,故强调高层建筑风洞试验模型缩尺比的确定应考虑模型高度的影响。D+风场中任一模型横风向功率谱虽然还有谱峰,但是其峰值是五种风场中最小的,且谱峰比其他四种风场的谱峰平缓得多,其高频区能量明显大于其他四种风场,可知来流湍流强度提高,削弱了侧风面旋涡脱落,使弯矩脉动能量向高频转移。第五,比较详细地叙述了数值模拟的基本理论和数值解法,通过fluent软件模拟B类、D类和D+风场,对6个模型进行了稳态模拟和对2个100cm模型进行了瞬态模拟,研究了湍流对高层建筑风效应的影响。数值模拟结构的表面平均风压和脉动风压系数均能与风洞试验结果吻合较好,并从一定程度上解释了风洞试验中高湍流强度下高层建筑的风效应现象。第六,对高层建筑实测中测点优化布置方法进行了研究,提出了基于数据融合技术的测点优化方法。通过算例对该方法在实际工程中的应用进行了研究,并与基于适应度的优化方法进行了对比,验证了数据融合方法的有效性和精确度。最后,总结全文的的主要结论,并对高层建筑风效应受湍流影响的进一步研究进行了展望。