伴随着城市化进程的加速、土地资源的稀缺,高层建筑在过去数十年间得到了飞速发展。为获得优越的平面布局功能和良好的通风采光效果,高层建筑常设计成平面为狭长矩形的板式建筑形式。板式高层建筑的平面长宽比最大可达8或9,但是目前针对这类长宽比较大的建筑的风荷载的研究仍很少,现行荷载规范中针对此类建筑的风荷载取值也尚无明确规定。鉴于此,本文的主要目的是探索目前广泛存在的板式高层建筑的风荷载分布及变化规律,更全面深入地理解产生气动力的内在机理,以便为同类高层建筑风荷载计算分析、相关规范修订及实际工程应用提供更充分的理论与试验依据。本文以长宽比范围为1～9的矩形截面高层建筑为对象,采用风洞模型测压试验方法,系统研究了较大平面尺寸比范围的板式高层建筑的风荷载相关问题。(1)平面尺寸对刚性建筑主体受力结构风荷载影响的研究。探讨了正交风向下不同深宽比建筑墙面平均、脉动与准定常极值风压系数的分布特征,考察了建筑墙面整体平均与极值风荷载系数及阵风效应因子并与GB 50009-2012和ASCE 7-16取值作了比较。结果表明,当深宽比小于4时,深宽比对背风面和侧风面风压系数影响显著;最不利基底剪力系数出现在深宽比为0.67时,当深宽比介于0.5和1之间时,基底剪力系数较大;当深宽比小于0.67时,总体上主体受力结构风荷载系数随深宽比减小而减小;当深宽比大于4时,深宽比则对风荷载系数影响不大。GB 50009和ASCE 7均低估了背风面以及深宽比为0.33～1.5时的侧风面上的平均风荷载系数。ASCE 7还低估了极值风荷载系数最多高达40%,这是由于低估了平均风荷载系数与阵风效应因子共同造成的。(2)平面尺寸对建筑围护结构风压影响的研究。对脉动风压试验数据进行了极值分析,研究了正交风向下不同深宽比建筑墙面极值风压系数的分布特征并与GB 50009-2012作了比较,探讨了全风向角下极值风压系数包络值的分布特征及随平面尺寸比的变化规律。结果表明,深宽比对背风面和侧风面极值风压系数影响较显著,总体而言深宽比介于0.5和1.5之间时对极值负压更为不利;GB 50009-2012对侧风面和背风面围护结构的风压取值存在诸多偏于不安全的情况;考虑全风向最不利状况的极值风压系数包络值在墙面分布及随不同平面尺寸变化上均呈现更简单的规律。本文基于上述包络值提出的矩形建筑围护结构风压的取值方法,具有既简便又能更好反映实际风压分布及随平面尺寸变化的特点。(3)矩形高层建筑风荷载气动导纳研究。基于风洞测压试验,研究了正交风向下不同深宽比建筑各墙面整体脉动风压与基底阻力的气动导纳的变化规律,并与基于准定常假定的Vickery模型和Solari模型作了比较;通过拟合分析获得了适用于不同深宽比建筑的基底阻力气动导纳的闭合表达式。结果表明,当深宽比大于0.5时,建筑迎风面脉动风压及基底阻力的气动导纳在高频区的衰减速度变缓,Vickery模型和Solari模型较试验值显著偏小;在建筑背风面和侧风面上,因流动分离、再附和旋涡脱落等非定常流动的影响,脉动风压的气动导纳在高频区域会出现大小不等的峰,此时Vickery模型在变化规律和数值大小上均不再吻合。本文提出的幂函数形式的基底阻力气动导纳拟合式可以较准确地预测不同深宽比矩形建筑的基底阻力气动导纳。(4)基于试验手段的刚性建筑阵风效应因子估值模型研究。对ASCE 7-16中阵风效应因子的理论推导进行了回顾,对阵风效应因子与气动导纳之间的关系进行了定性与定量的考察,探索了基于试验手段的阵风效应因子估值新方法,并与ASCE 7计算模型作了详细的比较与讨论。结果表明,气动导纳对阵风效应因子有直接影响,气动导纳函数的形状与阵风效应因子的值是否大于1取决于非同时阵风作用效应与建筑本身引起的湍流效应二者中哪一个起主导作用;ASCE 7-16中针对刚性建筑的阵风效应因子通常低估实际值的原因主要在于理论气动导纳低估了实际值、高斯峰值因子低估了实际值以及计算中使用了 3-sec滑动平均滤波器。本文提出的基于试验手段的阵风效应因子估值模型可以更为合理地对阵风效应因子进行预测。(5)湍流特性对板式高层建筑风荷载影响的研究。基于4种不同地貌条件下的风洞测压试验,考察了湍流度与湍流积分尺度对不同深宽比矩形建筑平均、脉动与极值风压,以及横风向气动力谱和流动分离再附特性的影响规律。结果表明,随湍流度增大,分离流更早再附于侧风面上,郊区地貌下再附点出现位置较开阔地貌提前约30%,且分离流下平均风压减小、极值风压增大(均指绝对值),最不利脉动与极值风压出现位置更靠近前缘;随湍流积分尺度减小,迎风面、背风面与侧风面的平均和极值风压均减小,但湍流积分尺度对分离再附流形态及分离流下的风压分布形状影响不大。相对于深宽比更大的情况,湍流特性对深宽比为1～2的建筑影响更大。