单个高层建筑对低矮建筑风振响的干扰效应研究

发布时间：2020-04-25 12:37

【摘要】：随着现代化进程的加快,许多城市中出现了高层建筑和低矮建筑并存的地貌。高层建筑的存在将显著改变低矮建筑周围的气流流动状态,影响其屋面风荷载特性,这可能会对按照单体进行抗风设计的低矮屋盖结构安全性构成威胁,但目前尚缺少高层建筑对低矮建筑屋盖结构风振响应干扰效应的研究。本文通过分析风洞实验数据,研究了高层建筑在低矮建筑下游(0°风向角)、与低矮建筑并列(90°风向角)、在低矮建筑上游(180°风向角)三个典型布置形式,不同间距比和建筑物高度比下,高层建筑对低矮建筑屋面脉动风荷载和低矮大跨平屋盖结构风振响应的干扰效应,具体工作和主要结论有:(1)研究了单体低矮建筑屋面脉动气动力谱特性,分析了高层建筑高度变化对墙面固定高度处风压谱特性的影响规律。结果表明,低矮建筑屋面迎风前缘受气流分离影响,测点风压谱低频能量占比较大;随着与迎风前缘距离的增大,由于受到气流再附作用,测点风压谱高频能量占比逐渐增大。对于高层建筑,随着高度的增大,墙面逐渐出现漩涡脱落现象,固定高度处测点风压谱在特定频率处出现谱峰,高层高度越高,漩涡脱落频率越大。(2)分析了 0°、90°、180°风向角下,高层建筑对低矮建筑屋面脉动气动力的干扰效应。结果表明,对于0°风向角,低矮建筑屋面受到高层建筑反馈气流的作用,屋面脉动风荷载干扰效应表现为显著遮挡效应。90°和180°风向角,间距比较小、高度比较大时,高层建筑墙面漩涡脱落对低矮建筑屋面气流影响显著,低矮建筑测点风压谱和屋面广义力谱出现明显峰值,峰值频率与单体高层建筑漩涡脱落频率一致;高层建筑尾流对低矮建筑屋面脉动风荷载有显著放大效应。(3)推导平屋盖结构风振响应、各位移响应量干扰因子的公式。分析了结构各响应干扰因子随间距比、高度比、结构基频的变化规律,结果表明:小间距比,大高度比工况下,干扰效应更加显著。对0°风向角,上游高层建筑降低了低矮建筑屋面负压;间距比较小,高度比较大时,屋面负压变为正压,平均响应反号;响应极大值遮挡效应显著,响应极小值放大效应显著。对90°和180°风向角,结构基频、间距比较小,高度比较大时,高层建筑的漩涡脱落诱发了与脱落频率相近的基频的结构发生了强烈的共振放大效应,D/h=0.5,H/h=10时,两风向下响应极大值干扰因子分别达到4.3和3,极小值幅值远大于单体工况,基频较大时,由于高层建筑增大了低矮建筑屋面脉动风荷载和风速,对结构脉动响应和平均响应产生显著放大效应。D/h=0.5,H/h=10时,两风向下响应极大值干扰因子均稳定在2.2左右,极小值幅值受干扰效应较小。图68幅,表2个,参考文献62篇。
【图文】：

城市建筑,低矮建筑

１绪论逡逑ｌ．ｉ研究背景及意义逡逑随着城市的建设和发展，许多原有的低矮建筑被拆除，取而代之的是对土地逡逑利用率良好的高层建筑。另外，在进行城市规划时，建筑师们为了满足人们活动逡逑的各种需求，通常也会将高层和低矮两种建筑形式进行组合布局。比如在高层建逡逑筑旁边建造大型商场、高层建筑的裙房及车库等低矮建筑，以及体育场馆、博览逡逑馆等低矮大跨结构建筑。于是，高层建筑和低矮建筑并存的城市景观成为一种新逡逑常态，图１－１为典型的城区建筑群分布。从图中可以看出，城市地貌存在高层建逡逑筑和低矮建筑错落分布的特征，这样的分布模式势必导致建筑群内气流流动模式逡逑十分复杂。已有的相关研究表明，当低矮建筑周围存在高层建筑时，其上风压分逡逑布模式和大小与单体有显著区别，某些情况下，周围建筑的存在对目标低矮建筑逡逑的风荷载有显著的放大效应。逡逑

风致破坏,大跨结构

逦北京交通大学硕士学位论文逦逡逑轻、阻尼小的特点，是典型的风敏感结构。历史上，低矮轻型大跨结构发生风致破逡逑坏的例子有很多，２００９年１月，巴塞罗那一处体育馆金属屋顶被吹落，体育馆墙逡逑体随之倒塌，造成４名儿童死亡，１５人受伤。２０１２年４月，在只有８级的风力作逡逑用下，甘肃张掖育才中学体育场看台雨棚遭遇严重破坏（图１－２）。如上所述，此逡逑类风敏感低矮大跨建筑和高层建筑共同构建了典型城市地貌，当高层建筑出现在逡逑此类结构周围时，由于高层建筑对气流的千扰效应，会导致目标低矮建筑屋面上逡逑的气动力显著变化，不利条件下，被放大的风荷载不仅会造成围护结构的破坏，逡逑受干扰而放大的脉动风荷载可能还会引起主体柔性结构的振动破坏，，这无疑将对逡逑按照单体进行抗风设计的低矮屋盖结构抗风安全性造成威胁。逦逦逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU312.1

【参考文献】