某超高層建筑的抗風設計

【摘? 要】本文對某一超高層建筑進行了風洞試驗，獲得了該建筑模型上各測點風壓時程，通過數據處理和計算分析，可以得到該建筑表面風壓值和結構響應值，為結構抗風設計提供了依據。結果表明：該超高層建筑結構設計合理，抗風性能滿足強度、剛度和舒適度等要求。

【關鍵詞】風洞試驗;風壓時程;結構響應

一、項目簡介

某超高層建筑高度為253米，該建筑結構形式復雜，由于超高層建筑具有高寬比大，頻率低，低阻尼等特點，在強風作用下，該建筑會產生較大的表面風壓、結構加速度和結構位移響應，從而影響到結構的安全性和舒適度，因此需要對該超高層建筑進行抗風試驗[1-3]。某超高層建筑效果圖如圖1 所示。

圖1 某超高層建筑效果圖

二、試驗簡介

（一）試驗模型

該超高層建筑試驗模型由有機玻璃制成，幾何縮尺比為1：300，模型表面共布置了368個測點，從而測得模型的表面風壓、位移、加速度和內力響應。為了考慮周邊建筑對超高層建筑的干擾影響，該實驗還模擬了建筑周圍750米直徑內的主要建筑，該超高層建筑周圍建筑采用PVC板制成模型模。試驗模型圖片如圖2所示。

圖2 風洞試驗照片

（二）試驗方法

為了測量風洞試驗參考高度處的風速，利用眼鏡蛇三維脈動風速探頭和電子掃描閥，測得模型表面的風壓、風速和位移，依次對所有測壓點進行掃描。采樣時間為90秒，每個測點的采樣頻率為331Hz，試驗參考點的風速為8.0米/秒。

本試驗模擬了0°～360°風向角的情況，其角度間隔為15°，共24個試驗風向角。試驗風向角如圖3所示

圖3 試驗風向角

三、結果分析

由圖4可知：不同重現期，不同風向角的加速度不同，重現期越大，加速度越大。在50年重現期極值風速作用下，各風向角最大加速度為5.3厘米/秒2;100年重現期極值風速作用下，各風向角最大加速度為6.4厘米/秒2。從圖中分析結果可以看出，不同重現期風荷載作用下，該超高層建筑最大加速度響應均小于我國高層建筑混凝土結構技術規程中規定的加速度界限值。我國“高層建筑混凝土結構技術規程”（JGJ 3--2002）規定，對高層混凝土結構公共建筑，其頂點最大加速度應小于25厘米/秒2。

圖4 最大加速度響應

圖5 最大位移響應

由圖5可知：不同重現期，不同風向角的位移不同，重現期越大，位移越大。在50年重現期極值風速作用下，各風向角最位移為18厘米/秒;在100年重現期極值風速作用下，各風向角最位移為23厘米/秒，頂部的側移與其高度的比值最大為1/1524。該結果滿足我國“高層民用建筑混凝土結構技術規程”（JGJ3-2012）規范的要求。

圖6 基底彎矩

圖6給出了不同方向，不同風向角的基底彎矩。由圖可知，各風向角等效風荷載引起建筑底部的最大彎矩分別為：X軸向最大彎矩：6.2×106N;Y軸向最大彎矩：2.4×107N;對比各風向角而言，Y軸的基底力相對較大。這是因為，在該風向角下建筑立面的迎風面積較大，較寬的迎風面造成的流體分析效應，使側面和背風面的負壓絕對值之和亦較大。

四、結論

綜上所述，該超高層建筑雖然高度較高，但是設計荷載主要以順風向荷載為主。因此通過風洞試驗和理論計算，該超高層建筑在不同重現期的抗風性能均能夠滿足安全性和適用性的要求。

參考文獻：

[1]黃彬輝.超高層建筑結構抗風設計綜述[J].上海建設科技，2019（02）：4-9.

[2]李宇，付曜，李琛.超高層建筑結構抗風性能研究[J].建筑科學與工程學報，2018，35（02）：63-70.

[3]霍興剛，劉昌昊，崔棟.高層建筑抗風抗震設計中存在的問題及對策[J].城市建筑，2019，16（27）：112-113+129.

作者簡介：

劉紅菊 女 漢 河南省焦作市溫縣? 碩士（非全）河南理工大學? 建筑結構與材料。

（作者單位：河南理工大學土木工程學院）