0
引言
超高层建筑结构在水平方向的刚度较小
,
极易
在风荷载作用下产生较大水平响应 。自
20
世纪初
,
国内外研究者对高层建筑风致响应及等效静力风荷
载进行了大量的研究
,
主要包括现场实测 、
风洞试验
和理论分析 。
高层建筑的风荷载现场实测
,
始于
20
世纪
30
年
代在美国帝国大厦进行的位移和风压实测
[ 1 ]
,
之后
虽也进行了相关的研究工作
[ 2 ]
,
但由于现场实测耗
费大量的人力 、
物力
,
对于一般的建筑物
,
至今仍较
少采用此方法 。
风洞试验主要包括气动弹性模型试验
(
分为单
自由度
[ 3 ]
和多自由度
[ 4
2
5 ]
模型试验
)
和气动模型试验
(
分为高频动态天平测力模型试验
[ 6 ]
和刚性模型同
步测压试验
[ 7 ]
)
。气动弹性模型试验
[ 3
2
5 ]
可以考虑建
筑运动与来流的相互耦合效应
,
气动模型试验
[ 6
2
7 ]
则
不能考虑这种耦合效应 。刚性模型同步测压试验
[ 7 ]
通过在刚性模型上布置足够多的测点
,
采用多点同
步测压技术
,
同时对建筑物上的所有测点进行压力
采集
,
可以得到风荷载时空分布特性 。
理论分析是对高层建筑进行简化
,
利用结构动
力学方法研究其风致响应
,
进而得到等效静力风荷
载 。文献
[ 5 ]
考虑高层建筑的第
1
阶模态
,
并将第
1
阶模态假定为线性
,
研究了高层建筑的风致响应及
等效静力风荷载
,
并进行了
1
阶非线性模态的修正 。
20
世纪
80
年代
,
高频动态天平测力技术被广泛应
用
,
该 技 术 同 样 假 设
1
阶 模 态 为 线 性
[ 6 ]
。
GBJ
50009
—
2001
《建筑结构荷载规范 》
中风振系数推导
过程也仅考虑
1
阶线性模态
[ 8 ]
。实际上
,
超高层建
筑的频率较低
,
高阶模态的参与程度可能会很高 。
本文以重庆宾馆为工程背景
,
进行刚性模型同
步测压试验
,
得到建筑表面风荷载特性 。考虑建筑
物两个主轴方向的前
4
阶弯曲模态
,
研究前
4
阶模态
在高层建筑位移和加速度响应中的参与程度
,
进行
人体舒适度验算 。采用惯性风荷载法
,
得到重庆宾
馆建筑物两个主轴方向的等效静力风荷载 。
1
试验简介
试验在湖南大学风工程试验研究中心
HD
2
2
风
洞实 验 室 的高 速 试验 段进 行
,
该 试验 段 宽
3m
、高
2
1
5m
、
长
17m ,
最大风速可达
58m / s
。
本文以在建的重庆宾馆为工程背景 。重庆宾馆
位于重庆市民生路与临江路交汇处
,
高
286
1
8m ,
裙房
高
41
1
1m ,
主体为钢筋混凝土的框架剪力墙结构 。重
庆宾馆外形类似竖起的拇指
,
图
1
给出了重庆宾馆
的正立面 、
侧立面和平面示意图 。
试验模型缩尺比为
1 /300
。由于重庆宾馆周边
的高层建筑密集
,
将对其风荷载产生较大影响
,
为此
考虑了重庆宾馆周边
400m
半径范围内的
39
栋建筑
的影响 。周边建筑的高度主要在
100
～
150m
左右
,
最近距重庆宾馆约为
20m ,
最高建筑约
250m (
距重庆
宾馆约
400m )
。重庆宾馆模型采用有机玻璃制作
,
周边
39
栋建筑模型采用
ABS
板制作 。试验过程中
将重庆宾馆固定在转盘中心处
,
重庆宾馆和周边建
筑模型在风洞实验室中的照片见图
2
。在重庆宾馆
模型上 共 布 置 测 点
236
个
,
其 中 主 体 建 筑
(
标 高
41
1
1m
以上
)
上
171
个
,
共
13
层
;
裙房
(
标高
41
1
1m
以下
)
上
65
个
,
共
3
层 。
图
1
重庆宾馆正立面和侧立面
Fig. 1
Sketch map of Chongqing Hotel
图
2
试验模型照片
Fig. 2
Photo of test model
重庆宾馆周边情况符合
C
类地貌特点
,
地面粗
糙度指数 α
= 0
1
22
。采用尖塔加粗糙元的被动方法
模拟
C
类风场
,
图
3
给出了转盘中心处的平均风速
( u)
剖面 、
湍流度
( I
u
)
剖面和
50cm
高处的顺风向脉
动风功率谱 。图中
:
z
为距离地面高度
;
u
为平均风
速
;
u
300
为离地
300m
高处的平均风速
;
n
为频率
;
S
u
( n)
为顺风向脉动风功率谱
;
σ
2
为脉动风速方差 。