超高層建筑風荷載和效應控制的研究及應用進展

黃 劍，顧 明

(同濟大學 土木工程防災國家重點實驗室，上海 200092)

隨著社會和經濟的發展，世界各國正在興起建設大量的超高層建筑。建筑高度的增加將導致作用在建筑上部的風速增加，同時上部較高的風速仍存在較高的湍流［1］;此外，超高層建筑在風作用下會產生分離及旋渦脫落。這些原因導致高層建筑承受很大的風荷載。再加上建筑自振周期大、阻尼小，風振響應將特別顯著，常常影響到結構的安全性和舒適性［2］。超高層建筑風荷載和效應的控制一直是結構風工程領域關注的方向。

目前工程實際中常采用氣動措施和安裝輔助阻尼系統來進行超高層建筑的風荷載和效應控制。所謂氣動措施一般是指，在建筑方案設計階段，通過建筑模型風洞試驗確定優化氣動外形，以達到降低風荷載和響應的目的。而輔助阻尼系統方法則是在建筑物的適當位置上設置適當的阻尼器，以增加建筑物的等效阻尼，從而達到降低結構風致振動的目的。顯然，輔助阻尼系統方法僅能控制建筑結構的風致振動，而氣動措施可以從根源上降低風荷載，除了控制建筑物的風致振動外，還可以控制建筑結構的靜風載效應(靜力變形等)以及局部風荷載(比如降低玻璃幕墻的風荷載)，因而其控制范圍更廣。

開展超高層建筑風荷載和效應控制的研究對結構風工程具有重要意義，對指導建筑師和結構工程師設計高層建筑具有重大的工程應用價值。本文總結了各種氣動措施對超高層建筑橫風向、順風向、扭轉方向荷載和效應控制以及局部風壓控制的研究現狀，簡要介紹輔助阻尼系統控制超高層建筑風致振動的研究現狀，給出了氣動措施和輔助阻尼系統措施在典型超高層建筑的風荷載和效應控制的實例，最后提出了今后相關研究中值得關注的問題。

1 控制超高層建筑風荷載和效應的氣動措施

對于典型超高層建筑，風荷載可以分為三個方向的分量:順風向、橫風向和扭轉方向。順風向風荷載主要是由迎風面和背風面壓力脈動產生的，并受來流湍流的影響;橫風向風荷載主要由剪切層分離產生的旋渦脫落引起;扭轉方向風荷載是由于建筑表面壓力分布的不對稱引起［3］。采用氣動措施可影響流場，以優化結構順風向、橫風向和扭轉方向的荷載。此外，該方法對局部風壓也有控制效果。

氣動措施主要包括平面措施(選擇合理橫截面形狀、角部處理)、立面措施(錐度化、臺階縮進、截面旋轉、開洞處理)、設置擾流器等。

1.1 平面措施

1.1.1 建筑橫截面形狀

掌握常見截面形狀建筑的風荷載和響應的特性可對如何選擇合適的氣動外形提供參考。

Hayashida等［4-5］對具有相同面積、高度和密度的正方形、Y形、三角形、圓形截面超高層建筑分別進行了高頻測力天平試驗和剛性模型測壓試驗。研究表明:① 各風向角最大橫風向位移從大到小依次是正方形、圓形、Y形和三角形截面建筑;② 各建筑阻力系數功率譜形狀相同;正方形、三角形、圓形截面建筑在某些風向角下，升力系數譜有較陡的峰值，Y形截面建筑在各風向角下沒有明顯峰值;③ 隨著風速的增加，各建筑順風向和橫風向響應增加，且橫風向增加幅度較大。一定風速下，方形和圓形截面建筑會產生橫風向渦激共振。

顧明等［6-9］對方形、矩形、三角形及Y形等10個典型的超高層建筑模型進行了細致的剛性模型測壓試驗。研究表明:① 三角形和Y形建筑表面風壓系數小于方形和矩形建筑;② 矩形建筑長邊迎風時，升力和扭矩系數譜均表現出很強的旋渦脫落特征;短邊迎風時，升力和扭矩系數譜的頻帶明顯變寬，峰值頻率降低;③ 三角形建筑升力的能量最小，Y形建筑次之。各建筑扭矩的能量都較小。

Lin等［10］對9種不同尺寸長方形截面超高層建筑進行剛性模型測壓試驗。作者指出，在特定厚寬比下(約0.63)，順風向風力系數平均值和均方根值、橫風向風力譜峰值和橫風向互相關系數達到最大值;厚寬比大于這一數值后上述值減小。

Lam等［11-12］對不同凹口尺寸的H形截面超高層建筑進行了高頻測力天平試驗研究。研究發現:① 多數風向角下，建筑橫截面凹口的尺寸幾乎不改變順風向基底彎矩的平均值和脈動值;② 當風向角正對于凹口時，建筑橫風向脈動基底彎矩幅值明顯減小;③ H形截面建筑的脈動扭矩顯著增大;④ 截面凹口的寬度對于氣動力起到了控制作用，深度的影響則相對較小。

一些研究人員［13-15］將風洞試驗結果建立數據庫，通過選擇建筑外形及風環境參數，對數據庫中已有的數據進行匹配，給出風荷載和效應的試驗結果，為超高層建筑的舒適性判斷和結構初步設計提供參考。

綜上所述，方形和圓形截面超高層建筑由于旋渦脫落比較顯著，容易產生橫風向渦激共振;當建筑迎風面較寬時順風向風荷載較大;截面寬厚比較大和平面不規則的超高層建筑(如寬厚比較大的長方形、橢圓形、三角形、Y形、H形、L形截面)的扭轉方向脈動風荷載較大;三角形和Y形截面建筑表面的風壓系數較小。值得注意的是，對于圓形和橢圓形等具有曲面形式的超高層建筑，在進行風洞試驗時應考慮雷諾數效應;不同形狀超高層建筑的截面剛度不同，需考慮其在靜力和動力風荷載作用下的響應，以滿足正常使用極限狀態的相關規定。

1.1.2 角部處理

角部處理是通過修改截面角部形狀來優化高層建筑的氣動力特性，常用的角部處理形式有切角、凹角、圓角。Shiraishi等［16］為研究凹角尺寸對長方形棱柱氣動力性能的影響，進行了風洞試驗和水洞試驗。作者指出:① 當凹角尺寸a為長方形短邊邊長D的2/18和3/18時，阻力系數減小到原長方形棱柱的一半;②當凹角尺寸較小(a/D=2/18)時，升力系數明顯減小，馳振臨界風速顯著提高，不會產生橫風向氣動失穩;隨著凹角尺寸的增加，馳振臨界風速呈減小趨勢，橫風向氣動不穩定性又會出現;③ 通過水洞試驗觀察旋渦的脫落形態。當凹角尺寸較小(a/D=1/18～3/18)時，來流前緣分離的剪切層靠近棱柱的側面，尾流寬度顯著減小;當a/D=2/18時，效果最明顯，剪切層在棱柱側面再附;當a/D＞3/18時，會導致再次分離，尾流變寬。作者將研究成果用于實際斜拉橋橋塔的截面設計，顯示出良好效果。

Tamura等［17］研究了方柱、切角和圓角方柱在不同來流湍流下的氣動特性，揭示了風荷載減小的機理。研究表明:① 切角和圓角可使分離的剪切層更靠近方柱側面，使尾流寬度變窄，從而減小順風向荷載;② 圓角方柱比方柱和切角方柱更容易發生分離流的再附，能很大程度地減小了橫風向脈動風荷載。

Gu等［18］采用高頻天平測力技術對15個典型截面超高層建筑模型進行了橫風向氣動力研究。作者指出，凹角和切角能有效減少橫風向基底彎矩，較大幅度降低橫風向力功率譜峰值的幅值;對比凹角或切角的尺寸為邊長的5%、10%、20%三種情況，10%時效果最好。

Mara等［19］針對前人工作中的不足，研究了方形高層建筑切角數量對風荷載和響應的影響。研究表明:① 各種切角建筑的順風向和橫風向風力譜峰值顯著降低，基底彎矩系數和扭矩系數平均值都比基準模型的小。四切角建筑的平均基底彎矩和扭矩最小。單切角和雙切角建筑在某些風向角的扭矩較大;② 單切角和雙切角建筑對橫風向和順風向加速度幾乎沒有影響。四切角建筑隨著自振周期的增加，橫風向和順風向加速度有顯著降低(特別是橫風向，可達50%);③隨著切角數量的增加，建筑扭轉加速度逐漸降低，四切角模型僅為基準模型的1/3。

由上述可知，角部處理對正方形和矩形截面超高層建筑的氣動力有顯著改善，并且對建筑外觀的影響最小。切角和凹角尺寸為結構寬度的10%時，氣動優化效果最好，順風向、橫風向和扭轉方向風荷載在某些風向角下的優化可達30%以上。目前，研究人員多采用高頻測力天平技術或氣彈模型試驗技術，但較少采用測壓技術研究這一問題，建議關注角部處理建筑的風壓特性。

1.2 立面措施

1.2.1 錐度化、臺階縮進和截面旋轉

錐度化、臺階縮進和截面旋轉(如圖1所示)是對建筑截面沿高度方向的處理，使建筑在不同高度的特征尺度變化，或者改變斯托拉哈數，以阻止旋渦脫落的一致性和規律性。

Kim等［20］對不同錐度的超高層建筑模型進行高頻測力天平風洞試驗，結果表明:① 錐度化能有效抑制大尺度的旋渦脫落，使橫風向風力譜的峰值減小、帶寬變寬，顯著減小橫風向風荷載，但對順風向風荷載的影響較小;② 由于錐度的變化減小了結構上部的剛度，一般來說，建筑頂部的順風向和橫風向加速度可能增大。Kim等［21］進行上述建筑的氣動彈性模型試驗，以研究錐度和結構阻尼比對結構橫風向風致動力響應的影響。研究表明:當風速較高且結構阻尼比2～4%時，錐度化使結構橫風向位移均方根值減小;當風速較高且結構阻尼比小于1%時，負氣動阻尼可能會對結構橫風向振動產生不利影響。

李波等［22］采用剛性模型同步測壓風洞試驗，研究了具有不同錐度(4.167%、8.333%、12.500%)的方形截面超高層建筑的風荷載特性。研究表明:錐度化延長了漩渦脫落的卓越頻率;隨著錐度的增加，橫風向風力系數功率譜的峰值下降、帶寬增大，力系數根方差減小;但錐度化對順風向及扭轉向風荷載的影響較小。

Tamura等［23-24］對比了錐度化、臺階縮進、截面旋轉等處理方式對方形超高層建筑氣動力性能的影響。研究表明:① 錐度化和臺階縮進建筑的基底彎矩平均值較小，截面旋轉建筑的橫風向荷載較小;② 錐度化和臺階縮進建筑的順風向和橫風向基底彎矩脈動值較小。但由于錐度化和臺階縮進減小了結構上部的剛度，建筑頂部會產生較大的加速度;③ 錐度化、臺階縮進、截面旋轉都可以顯著減小順風向和橫風向基底彎矩的能量;④ 截面旋轉建筑在順風向、橫風向和扭轉方向都顯示出較好的氣動力性能，并且旋轉角越大效果越好，但截面旋轉建筑的局部峰值負壓會比方形建筑大20%。

沿高度方向對建筑截面進行變化不僅可以優化超高層建筑的氣動性能，而且可使建筑形態更加新穎。對于方形截面超高層建筑，錐度化、臺階縮進和截面旋轉都可以顯著減小結構順風向、橫風向和扭轉方向風荷載。錐度化和臺階縮進的超高層建筑隨著高度增加，截面減小，可能會導致頂部加速度不滿足舒適度要求。特別是臺階縮進的超高層建筑，縮進處結構剛度發生突變會產生薄弱層，此外鞭梢效應也值得注意。截面旋轉被認為是比較好的氣動措施，隨著旋轉角的增加效果更加顯著，但應注意建筑局部產生的較大負壓。

圖1 錐度化、臺階縮進、截面旋轉和開洞處理［23-25］Fig.1 Tapering，setbacks，helical and openings［23-25］

1.2.2 開洞處理

開洞處理(如圖1所示)是在建筑立面適當位置開洞，使來流通過、打亂尾部繞流以減小風荷載。

Dutton等［25］對在中上部開洞的方形截面超高層建筑進行測力和測壓試驗，研究了洞口的尺寸和洞口的方向對結構橫風向風荷載的影響。作者指出:① 在建筑順風向開設洞口可以有效減小結構橫風向基底彎矩的功率譜峰值和頂部位移RMS值;② 順風向洞口使建筑側面風壓譜的幅值減小且使譜由窄帶過程變為寬帶;③ 當洞口的尺寸為方柱邊長的4%時，側面風壓的減小程度最大。

Miyashita等［26］通過高頻天平測力試驗對開洞方柱的氣動力進行研究。研究表明:① 開洞可以使模型橫風向風力系數減小。當洞口平面形狀為十字形時，風力系數的減小程度最大;② 模型形狀不會顯著影響順風向風力系數，在一定風向角范圍內，橫風向風力系數幾乎不變;③ 從脈動風力功率譜可以發現，洞口的引入可以使旋渦脫落頻率提高，降低結構產生渦激振動的風險。并且，當洞口平面形狀為十字形時，效果最好。

張耀春等［27-29］對矩形超高層建筑進行了剛性模型測壓試驗，研究了開洞位置和開洞率的影響，得到以下結論:① 開洞建筑平均風壓的減少主要是受荷面積減少引起的，但其減少的比率大于開洞率;當風向與開洞方向平行時，基礎的平均風荷載降低程度最大;在建筑物中部開洞可以有效減小風荷載;在建筑物上部開洞可以有效減小基底彎矩;② 并非開洞越大風荷載就減小得越多，存在最優開洞率;③ 洞口的開設會對風產生的局部加速作用，使洞口內部和洞口附近的建筑表面產生較大負壓。

由上述可知，在建筑順風向開洞，可減小結構順風向和橫風向荷載。順風向荷載的減少主要是受荷面積減少引起的，但其減少的比率大于開洞率;開洞影響了來流繞流，抑制旋渦脫落的規律性和一致性，從而減小了橫風向荷載;在順風向和橫風向都開洞效果最好，并且開洞位置在結構中上部對抗風有利;但洞口的開設會對風產生的局部加速作用，使洞口內部和洞口附近的建筑表面產生較大負壓。

1.3 設置擾流器

除了在建筑平面和立面采取氣動措施外，還可以通過設置擾流器來改變建筑周圍的流場，以優化建筑的氣動特性。常見擾流器設置如圖2所示。

Zdravkovich［30］根據圓柱旋渦脫落的機理將抑制圓柱體渦激振動的措施歸納為三類:① 表面突出物，如:螺旋板、螺旋線、螺旋翼、螺旋布、螺旋體等;② 表面覆蓋物;③ 擾流板。作者說明了各種措施的有效性，為圓形截面超高層建筑的氣動措施措施提供了指導。

Naudascher等［31］對安裝有各種類型擾流板的方形截面柱體的進行了風洞試驗研究，對比了安裝擾流板的方柱和原始方柱在各個風向角下橫風向和順風向的風力，并采用Den Hartog判別式來評價各種擾流板形式對方柱馳振的抑制效果。作者指出，通過設置擾流板，可以顯著改善方形截面棱柱的氣動不穩定性，但必須使擾流板牢固安裝，避免其振動;對于某些擾流板設置方案，在某些風向角下，雖然升力系數減小了，但由于來流分離流的不穩定再附造成了阻力系數的跳躍。

Kwok等［32］通過氣彈模型風洞試驗研究了方形截面超高層建筑角部安裝豎向擾流板和開槽對風致響應的影響。研究表明，在建筑角部安裝擾流板或開槽都能夠擾亂旋渦脫落，減小建筑橫風向的響應，但安裝繞流板僅能在較小風速范圍內控建筑橫風向響應。此外，繞流板增大了建筑順風向投影面積，增大順風向荷載和響應，實際應用中值得注意。

顧明等［33］對一棟位于臺風區的超高層建筑的剛體模型進行了風洞試驗，測量了該建筑物表面的平均風壓和脈動風壓。在特定風向角下，建筑物的幾個位置處出現較大的負壓，不能滿足設計要求。在建筑表面局部位置安裝金屬挑檐作為擾流板，有效地減小了局部最大負壓，滿足了表面石材及玻璃幕墻的設計要求。這是采用氣動措施控制建筑局部風壓的一個典型實例，這種降低建筑物局部風壓的措施可為其他類似實際應用提供參考。

由前可知，安裝繞流板可以顯著改變旋渦脫落模式，改善建筑橫風向的受力性能;在特定的擾流板形式下，由于迎風面投影面積的增加，建筑順風向荷載會稍許增大，此外要注意來流的不穩定再附，避免在順風向出現氣動不穩定現象;在建筑表面局部設置擾流板可以顯著改善較大的局部風壓，以滿足圍護結構設計要求;安裝擾流裝置不需要改變建筑的基本截面形狀，但需要確保其安裝牢固。

圖2 圓形和方形建筑截面擾流器形式［30-32］Fig.2 Spoilers of round and square across sections［30-32］

2 超高層建筑風振控制的輔助阻尼系統

由前述可知，氣動措施能有效降低建筑的風荷載和效應，但建筑外形在多數情況下由建筑美學決定，而不僅僅由結構設計控制。對現代超高層建筑而言，在建筑和結構設計完成以后，有時會出現風致動力響應超過設計標準的情況，這時就需要設置外部阻尼系統來控制結構的風振，使其降至結構設計標準之內。在結構上安裝一些控制裝置主動或被動地施加一組控制力，以達到減小和抑制結構風振響應的目的。根據是否需要外部能源，輔助阻尼器可以分為被動控制、主動控制、半主動控制和混合控制四類。

2.1 被動控制方法

在高層及超高層建筑風振控制方面應用最為廣泛的輔助阻尼裝置是調諧質量阻尼器(TMD)和調諧液體阻尼器(TLD)。

TMD是由彈簧、阻尼器和質量塊組成的振動系統。當結構在風荷載作用下產生水平風振響應時，會帶動TMD的振動。TMD振動的慣性力和主動控制力又會反饋回來作用于結構本身，以達到對結構風振響應的控制。Frahm［34］首次提出TMD這個概念。此后，許多學者將TMD的理論發展用于建筑結構方面，并對其深入研究。Xu等［35］研究了TMD系統參數對高層建筑風振控制效果的影響及參數之間的關系，得到了一些有用的結論。Rana等［36］對于TMD在高層建筑中應用進行了參數分析和簡化設計。在國內，李春祥等［37-38］按照規范對高層鋼結構系統進行TMD抗風設計，并提出高層結構風振控制的優化設計方法。唐意等［39］結合天平試驗得到基底彎矩功率譜，研究了超高層結構順風向及橫風向的TMD減震效果，給出了最佳TMD設計方案。為降低TMD的頻率調諧敏感性并進一步改善有效性和魯棒性，許多學者(Abe等;Kareem等;Gu等，Zuo等;Zuo)研究了多重調諧質量阻尼系統(MTMD)，將MTMD用于結構風振控制領域。

TLD由固定在高層建筑結構層(或屋面)上的水罐和其中裝的水組成。當結構在風荷載作用下發生振動時，水罐將與結構一起振動。由于慣性，水罐中的水會晃動，并引起表面的波浪。水的晃動和波浪的產生會吸收和耗散結構風致振動的能量，達到風振響應控制的目的。Sun等［40］從理論和試驗兩個方面對TLD和結構之間的相互作用進行了研究，并提出模型來預測結構響應。Chang等［41］在34個工況下安裝有方形TLD的高層建筑模型進行風洞試驗研究，對TLD優化設計性能和風振控制效果進行研究。

由上述可知，被動控制方法在風振控制的理論和應用方面都比較成熟。比起TMD，TLD造價低、易安裝、易與結構自振頻率相適應、不易損壞，但相同質量，TLD占的空間要遠大于TMD。

2.2 主動控制方法

被動控制不需要外部能源、技術簡單、造價低、性能可靠，但減振效果有限，無法控制任意激勵下結構振動問題，而主動控制方法對外部激勵的適應性很強。

許多專家學者對主動控制方法進行了研究與應用。Kwok等［42］針對實際工程中采用主動和被動減振裝置對結構進行風振及地震控制的研究表明主動控制效果更佳;Xu［43］基于高層建筑氣彈模型試驗，提出了主動質量阻尼器(AMD)的設計參數選擇方法和風致運動減少的估計方法。研究結果表明:在不同的風致激勵下，對應合適的主動質量阻尼器和加速度計，結構的風致響應將會顯著減小。同時，還進行了一系列參數敏感性分析;Gu等［44］將一種正弦參考策略應用于超高層建筑風振主動控制。采用高頻正弦信號作為該策略的參考信號，克服了常規自適應前饋控制方法的一些缺點。通過多自由度氣彈模型進行風洞試驗發現，該策略可有效的減少振動，可應用于模型誤差及動力不確定性的高層結構風致振動的控制。

2.3 半主動控制方法

主動控制的不足在于其對外部能源的依賴性、控制系統的復雜性和建造及維護費用的昂貴，所以在實際工程應用中受到了一定限制。半主動控制結合了被動控制與主動控制的優點，具有穩定性好、適應性強、能耗小等特點。

Soong等［45］為提高TMD失調或TMD自身阻尼的波動所造成的減振效果消弱的問題，提出了半主動TMD的概念。從此，較多學者開始研究半主動TMD振動控制問題(Housner等;Kareem等;Nishitani等;Yang等;Casciati;Faravelli等)。Spencer等［46］對半主動控制方法進行了回顧，指出半主動控制方法雖然剛剛起步，但它結合了被動控制的可靠性和主動控制的適應性，可很好地用于土木工程領域。

2.4 混合控制方法

混合控制方法是將主動和被動控制方法聯合使用，主要目的是結合主動和被動控制的優點。當結構振動劇烈時，采用主動控制方法;當建筑停電或超過驅動裝置能力時，采用被動控制方法。國內外一些學者［47-49］也對混合控制方法進行了研究，其中多數是針對抗震方面的研究，風振控制方面研究較少。所以，混合控制方法在超高層建筑風振控制方面的研究具有廣闊前景。

3 超高層建筑風荷載和效應控制的應用

上述各種氣動措施和輔助阻尼器措施可顯著控制風荷載和效應，已建成的高層建筑多采用了上述一種或多種措施來進行風荷載和效應的控制。

臺北101大廈［50-51］的原始截面為方形，風洞試驗表明其旋渦脫落顯著，橫風向荷載很大，給基礎設計帶來巨大負擔，并且不滿足舒適度要求。通過對方形截面進行凹角處理和在高度方向進行縮進處理，使建筑的總基底彎矩減小了約25%，解決了基礎的受力問題，并且降低了造價。此外，在88層至92層使用了全世界最大的TMD(730 t)來滿足風振舒適度要求。

上海環球金融中心［52］在高度上采用錐度化的方式來改善建筑所受的風荷載，并且在建筑頂部位置開設了一個邊長為51 m的方形洞口。此外，在大樓90層設置了兩臺智能阻尼器，有效地控制了風致振動。

當今被稱為“世界第一高樓”的哈利法塔(Burj Khalifa Tower)［1，50］底部為 Y 形截面，在沿高度方向上采用繞中心軸螺旋形的臺階形縮進形式，使其截面在整個高度范圍內都不相同，有效地阻止了旋渦脫落的一致性。加上當地的風環境比較溫和，建筑在不設置輔助阻尼系統的情況下就可以滿足結構的舒適度要求。

正在建設的上海中心大廈［53］采用截面旋轉和縮進的立面形態，使旋渦脫落相關性降低，很大程度地減小了旋渦脫落引起的橫風向荷載。此外，通過安裝TMD降低結構在風荷載作用下的加速度，使結構滿足舒適度要求。

珠海金山大廈主樓［54］高162 m，在設計風壓下主樓頂層最大振動加速度超過了舒適度的控制界限。通過在建筑頂部共設置了1 000個長1 m、寬0.6 m、高0.052 m的淺液矩形水罐作為TLD。主樓頂層的振動加速度減小了一半左右，完全滿足了舒適度的設計要求。日本為地震多發地區，在東京1989年建成的Kyobashi Seiwa大樓(11層)是世界上第一幢安裝主動質量阻尼器的高層建筑［55-56］。南京電視塔［49］采用 TLD和AMD的混合控制方案，顯示出良好的風振控制效果，它是我國首次對高聳結構實施混合振動控制的實際工程。

綜上所述，在實際工程應用中，氣動措施和安裝輔助阻尼器系統的方法常常共同控制超高層建筑的風荷載和效應?，F代超高層建筑形態新穎，簡單的方形、圓形等截面已經不能滿足人們的審美需求，這些新穎的建筑外形本身就可以很好地控制超高層建筑風荷載，并且對風荷載和效應的控制是多方面的。當建筑建造完成后風致動力響應超過設計標準時，就需要設置外部阻尼系統來控制結構風振。

4 結語及展望

現代超高層建筑的興建給結構風工程帶來了巨大的挑戰。結構工程師和風工程研究人員需要協作，合理設計超高層建筑，使其在風荷載作用下滿足安全性和舒適度要求。本文對當前超高層結構風荷載及效應控制的兩類方法進行介紹。氣動措施從根源上控制建筑的風荷載和效應，控制效果是多方面的;安裝輔助阻尼系統改善了結構的動力性能，有效吸收和耗散風致振動的能量，降低結構的動力響應。在實際工程應用中，這兩類方法也時有相輔相成，共同控制結構的風荷載和效應。為適應我國超高層建筑建造的需要，建議開展更多的相關研究。以模型風洞試驗為主，加強現場實測，發展計算機數值模擬方法，開展超高層建筑的多向耦合風荷載、氣動阻尼、風致效應以及等效靜力風荷載方法的研究;開展氣動措施對降低建筑局部風荷載效用的研究;針對建筑風振特點開展輔助阻尼系統設計方法的研究;建立相應的數據庫系統。

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