高层建筑间风致风压及加速度干扰效应的规律研究

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近年来,快速推进的城市化使得高层建筑层出不穷,建筑密集度不断升高,因此建筑间相互干扰的问题显得日益尖锐,如何正确地评估周边建筑对风荷载的干扰效应具有较高的理论与实际价值。因为干扰效应的影响因素与指标众多,故而该方面的研究尚不全面和完整。现实中围护结构在强风作用下被破坏的现象比比皆是,说明人们对峰值风压在受扰作用下的分布特性的理解尚不准确;关于施扰建筑截面尺寸单参数变化后的干扰效应更是无人研究。基于上述不足,本课题利用风洞同步测压试验展开了不同宽度比与厚度比施扰建筑作用下受扰建筑立面风压与顶部峰值加速度干扰效应的研究。建筑的静力效应受平均风压的影响,因此本文预先展开了不同工况下受扰建筑立面平均风压干扰效应的研究。文中通过定义三个不同的干扰因子SIF、FIF以及IF,由浅及深逐步分析了平均风压在受扰情况下的变化规律。利用SIF获得平均风压干扰效应在所研究区域网格内的分布情况,并锁定干扰效应显著位置;通过分析显著位置所有测点层的FIF值,了解干扰效应沿建筑高度的变化情况,并确定代表性楼层的位置;最后基于所选定代表性楼层上每个测点的IF值,分析层风力在受扰作用下的变化情况。通过研究,给出了SIF的等值线分布图及其相关性公式;提出了不同宽度比与厚度比施扰建筑作用下SIF值与FIF值随串列间距的变化公式以及最大最小IF值随并列间距的变化公式;总结了干扰效应随施扰建筑厚度比与宽度比的变化规律。峰值风压过大是围护结构破坏的主要原因,因此本文对不同工况下峰值风压与脉动风压功率谱的干扰效应也展开了详细研究。文中给出了峰值风压干扰因子PIF在所研究区域网格内的分布情况,在此基础上研究串并列下受扰建筑立面峰值风压与脉动风压功率谱随两建筑间距的变化规律;选定典型施扰位置,分析施扰建筑位于该位置时对受扰建筑立面峰值风压以及脉动风压功率谱的干扰效应。结果表明,串列布置时迎风面主要表现为两侧边缘与上边缘的放大效应以及中部区域的遮挡效应,最大IF=2.7,并列布置时右侧面主要表现为前缘区域的放大效应以及后缘区域的遮挡效应,最大IF=1.3;概括了峰值风压随间距比、宽度比以及厚度比的变化规律,并利用脉动风压功率谱对流场进行初步地判定;最后总结了受扰建筑的易损位置。建筑顶部峰值加速度是目前衡量建筑舒适度较为公认的指标,为此本文也开展了受扰建筑顺风向、横风向以及扭转向顶部峰值加速度干扰效应的研究。文中获得了不同工况下三个方向在所研究区域内的IF(加速度干扰因子)等值线图,并在此基础上分析建筑顶部峰值加速度随串并列间距的变化规律,同时从等值线图中提取并汇总不同宽度比与厚度比施扰建筑作用下的最大IF值及其对应的坐标。研究发现,顺风向顶部峰值加速度最大增大53%,横风向为33%,扭转向为35%,当且仅当施扰建筑的厚度小于受扰建筑时,顺风向与横风向的干扰因子在网格区域内的分布基本保持不变。
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