随着人类对建筑美观和功能的需求,高层建筑的表面普遍采用了包括遮阴条、阳台、竖框及其它装饰条在内的各种粗糙条。很明显,这些粗糙条会极大地影响建筑表面的风压分布,从而导致围护结构上的局部风压不同于光滑表面模型;此外,它们也可能改变建筑的气动力,比如层间力,基底弯矩和基底剪力等。建筑规范为高层建筑风荷载评估提供了相关规定,而这些规定主要来自对光滑表面建筑物进行风洞试验得到的,所以带粗糙条高层建筑的风压和气动力实际上是不能直接由规范得到的;而且由于模拟建筑表面粗糙条比较困难,所以粗糙条在进行试验时通常会被忽略;此外模型表面粗糙条本身承受的风荷载也是值得关注的。因此,系统性地对带粗糙条高层建筑风荷载进行研究是非常有必要的。本文基于风洞试验,系统性研究了不同粗糙条对高层建筑表面局部风压和气动力的影响,并对粗糙条本身承受的风荷载进行了分析,获得了水平粗糙条和竖向粗糙条对高层建筑局部和总体风荷载的影响规律,并探明了粗糙条自身承担的风荷载特性。然后,对带粗糙条高层建筑风荷载进行了LES数值计算,对不同粗糙条的作用机理进行了详细分析,并对粗糙条局部体型系数进行了量化,探明了带不同粗糙条高层建筑两种形态锥形涡发展过程的差异,总结了不同粗糙条对高层建筑风荷载影响的作用机理,获得了粗糙条局部体型系数变化规律。最后,还采用遗传算法对竖向粗糙条布置进行了气动优化,获得了最优竖向粗糙条参数。本文详细工作如下:首先,为了研究粗糙条对高层建筑表面局部风压的影响,本文通过一系列同步测压风洞试验对其进行了系统性的分析。已有的研究并未考虑典型高层建筑四个表面均带有粗糙条的情况,或者并未研究局部风压分布规律和不同类型粗糙条对局部风压的影响规律,并且未对粗糙条自身风荷载的分析与比较,因此本文系统地、定性并定量地研究了不同类型不同尺寸的粗糙条对高层建筑表面平均风压、脉动风压和极值风压的影响,结果表明水平粗糙条对建筑表面风压均值和脉动值影响较小,有使其分布趋于均匀的作用,而伸出长度越大,极值吸力减小也越明显;竖向粗糙条导致了明显更大的风压梯度,伸出长度越大,极值吸力增大也越明显,最大增大可达到25.8%。此外还对粗糙条自身承受的极值风压进行了分析并与高层建筑表面极值风压进行了比较,揭示了粗糙条的存在可以不同程度地减小模型表面承受的局部风压但也导致其自身会承受更大的局部风压。其次,为了研究粗糙条对高层建筑气动力的影响,本文还进行了一系列高频天平测力风洞试验。已有的研究仅对一实际带竖粗糙条的高层建筑气动力进行了分析,其得到的结论不具有典型性,且也未考虑不同类型粗糙条的影响,因此本文结合高频天平测力试验数据和测压试验数据详细分析了两种风洞试验得到的平均基底剪力的不同,比较发现两种试验得到的光滑表面模型和水平粗糙条模型的平均基底剪力差别较小,而测力试验得到的竖向粗糙条模型平均基底剪力比测压试验得到的更小,说明测压试验获取的竖向粗糙条模型平均基底剪力是偏安全的,而获取的光滑表面模型和水平粗糙条模型平均基底剪力是较为准确的。此外还系统性地研究了不同类型不同尺寸的粗糙条对高层建筑整体力和层间力的影响规律,以及竖向粗糙条自身承受的风力大小,揭示了竖向粗糙条能够明显减小模型气动力均值,且随伸出长度的增大而更加明显,而在均方根值方面则表现出不同程度的增大作用。通过风洞试验能够揭示粗糙条对高层建筑风荷载的影响规律,但还没有学者对其影响机理进行研究,故本文还借助CFD对其影响机理进行了深入探究。为了建立较为合理的数值风洞,本文引入了较为合理的入口湍流生成技术CDRFG方法,并基于LES-CDRFG得到了数值风洞合理的计算域尺度,成功建立了适合于高层建筑风荷载模拟的数值风洞。借助此数值风洞对带粗糙条高层建筑风荷载数值计算,详细地分析了各模型表面风压、风压等值面、模型气动力以及模型周围流场,对带粗糙条高层建筑风荷载进行了机理分析,深入探索了粗糙条对高层建筑风荷载的影响,探明了带不同粗糙条高层建筑两种形态锥形涡发展过程的差异,总结了不同粗糙条对高层建筑风荷载影响的作用机理。此外,借助三维LES计算数据获取了粗糙条局部体型系数的变化规律,并与规范进行了对比,为工程设计提供了参考。最后本文以遗传优化算法为基础,借助CFD模拟数据和BP神经网络,对竖向粗糙条模型的阻力和升力进行了优化。由于三维大气边界层下的数值模拟计算消耗量大,本文借助二维流动的3D LES计算阻力和升力,对比表明其能够用于评估三维大气边界层下LES模拟值的相对大小。然后利用二维流动LES计算得到的阻力和升力对BP神经网络进行训练,结果表明:随着数据的增大,训练效果也相应越好。最后本文采用120组数据将训练好的BP神经网格作为目标函数用于遗传算法优化过程,其优化结果得到了三维大气边界层LES计算的验证,结果表明本文使用的优化过程是十分有效的,并得到了最优的竖向粗糙条参数。