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风荷载和地震荷载是超高层、大跨度等建筑结构的控制荷载,对结构抗风的研究具有重大意义。随着世界人口数量的急剧增长,有限的建筑用地已经不能满足人民的居住要求,针对这个问题,科研工作者们致力于研究高强度、高耐久性、轻质等建筑材料,由于建筑材料的发展,超高层建筑在世界各地如雨后春笋般大量涌现,仅在中国就出现了数以万计的高层建筑。相比以前比较低矮的建筑而言,超高层建筑采用高强轻质的材料,高层建筑具有柔性更高、阻尼更小及对风荷载更加敏感等特点,考虑到超高层建筑物的自振周期与自然风的卓越周期非常接近,建筑物在风荷载作用下的动力响应尤为显著。因此,风荷载正逐渐成为建筑结构设计时的控制荷载,其取值是否安全合理对于结构的设计具有重要意义。 本文在阅读了大量的国内外相关文献的基础上,针对现阶段国内外对超高层方形建筑物在风荷载作用下表面风压研究依然不够完善,采取两种研究分析方法。(1)采用FLUENT软件在计算机上对超高层方形建筑物表面风压进行数值模拟,获取其表面风压分布规律,并根据风压结果求取结构表面体型系数,分析及讨论风压系数和等效风荷载随风向角、湍流度和待建建筑物高度变化的规律;(2)采用风洞实验的方法对超高层方形建筑物刚性模型在实际风环境中进行测压点测压,得到测压点的风压,并根据风压结果求取结构表面体型系数;对结构在时域内进行了风振响应分析,得到每个节点的加速度响应,求得结构各节点的静力等效风荷载,最终分析建筑物表面风压和等效风荷载随风向角、湍流度和待建建筑物高度变化的规律。 本文通过深入研究高层建筑结构风荷载理论计算方法,应用风洞试验与数值模拟两种方法获取超高层方形建筑物表面压力、速度矢量分布及湍流动能等物理量的分布状况,并将数值模拟与风洞实验数据进行分析对比,结果表明:数值模拟方法能较好地预测超高层建筑物的周围流线和表面平均风压的分布情况,为超高层建筑风洞试验测压点的布置提供了依据;模拟得到的结果与风洞试验结果总体上有较好的吻合,为超高层建筑在风荷载作用下的设计提供了定性的判定。