本文關(guān)鍵詞： 高層建筑 風(fēng)洞試驗(yàn) 風(fēng)壓分布 風(fēng)荷載 風(fēng)致響應(yīng) 數(shù)學(xué)模型 相干函數(shù) 優(yōu)化設(shè)計(jì)　出處：《湖南大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和城市用地的日益緊張，高層建筑物逐漸向更高、更輕、更柔的趨勢(shì)發(fā)展，高層建筑物的體型也更加復(fù)雜。作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和幕墻設(shè)計(jì)的控制性因素，風(fēng)荷載及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不可忽視的重要問(wèn)題。然而，現(xiàn)有的風(fēng)荷載研究主要針對(duì)方形或矩形截面高層建筑物，對(duì)于平面不規(guī)則高層建筑物的研究相對(duì)匱乏。本文首先以某L型截面高層建筑的工程案例為研究背景，對(duì)其表面風(fēng)壓分布及風(fēng)荷載特性進(jìn)行了分析；為進(jìn)一步得到具有普適性的規(guī)律，對(duì)一系列L型截面高層建筑開(kāi)展了不同工況的剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究，并基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)L型截面高層建筑的風(fēng)荷載特性進(jìn)行了深入的研究；最后，利用最優(yōu)準(zhǔn)則法對(duì)L型截面高層建筑的風(fēng)荷載進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。主要的研究工作包括： 對(duì)CAARC高層建筑標(biāo)準(zhǔn)模型分別開(kāi)展了剛性模型測(cè)壓試驗(yàn)和高頻動(dòng)態(tài)天平測(cè)力試驗(yàn)研究。給出了測(cè)壓試驗(yàn)管路頻響函數(shù)的修正方法和風(fēng)壓時(shí)程采集信號(hào)的平滑處理方法。通過(guò)與不同風(fēng)洞研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了湖南大學(xué)建筑與環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)室的試驗(yàn)設(shè)備、流場(chǎng)模擬、數(shù)據(jù)采集及處理技術(shù)的可靠性。同時(shí)，結(jié)合測(cè)壓試驗(yàn)結(jié)果，建立了適用于CAARC高層建筑標(biāo)準(zhǔn)模型的順風(fēng)向、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)向?qū)语L(fēng)荷載的功率譜經(jīng)驗(yàn)公式。 研究了某L型截面高層建筑風(fēng)壓分布及風(fēng)荷載特性。利用瞬態(tài)風(fēng)壓積分法推導(dǎo)了適用于主體結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的整體體型系數(shù)。對(duì)負(fù)壓區(qū)的測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)壓概率分布特性進(jìn)行了分析，證明采用高斯分布對(duì)極值風(fēng)壓進(jìn)行估算并不合理。風(fēng)致響應(yīng)和等效靜力風(fēng)荷載的分析結(jié)果表明：位移響應(yīng)只需考慮第一階模態(tài)的影響，加速度響應(yīng)至少需要考慮前三階模態(tài)的影響；順風(fēng)向的靜力等效風(fēng)荷載由平均風(fēng)荷載控制，橫風(fēng)向的靜力等效風(fēng)荷載由慣性風(fēng)荷載控制。對(duì)比研究了新、舊荷載規(guī)范的風(fēng)振系數(shù)計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，指出新規(guī)范的風(fēng)振系數(shù)比舊規(guī)范有所提高，風(fēng)洞試驗(yàn)的風(fēng)振系數(shù)結(jié)果在建筑物底部比新規(guī)范值小，隨著高度的增加，逐漸增加并超過(guò)規(guī)范值。 在4種典型地貌條件下，完成了8種不同幾何尺寸的L型截面高層建筑剛性模型的同步測(cè)壓試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)L型截面高層建筑表面風(fēng)壓分布特性進(jìn)行研究，討論了風(fēng)向角、湍流強(qiáng)度、厚寬比、高寬比、測(cè)點(diǎn)高度等因素對(duì)平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓分布的影響�？偨Y(jié)了L型截面高層建筑在典型風(fēng)向角下各立面的風(fēng)荷載體型系數(shù)。對(duì)L型截面高層建筑表面測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)壓的功率譜特性和相干性進(jìn)行了研究。利用偏度-峰度檢驗(yàn)法，給出了L型截面建筑表面測(cè)點(diǎn)非高斯性區(qū)域的劃分標(biāo)準(zhǔn)，并基于廣義極值分布理論，對(duì)峰值因子進(jìn)行了合理的估算。 研究了L型截面高層建筑的三分力系數(shù)和基底力矩系數(shù)，確定了風(fēng)荷載作用的最不利風(fēng)向角，并對(duì)最不利風(fēng)向角下的三分力系數(shù)和基底力矩系數(shù)功率密度譜進(jìn)行了討論。以厚寬比和地貌類型為基本變量，利用最小二乘法分別建立了適用于L型截面高層建筑順風(fēng)向、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)向風(fēng)荷載的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)建立了順-扭、橫-扭風(fēng)荷載的相干函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并采用算例對(duì)風(fēng)荷載數(shù)學(xué)模型的可靠性和精確性進(jìn)行了驗(yàn)證。 基于虛功原理和瑞利商原理，建立了以梁、柱、剪力墻構(gòu)件的截面尺寸為設(shè)計(jì)變量、建筑物的自重為目標(biāo)函數(shù)、建筑物的風(fēng)致響應(yīng)為約束條件的L型截面高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)Kuhn-Tucker條件，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的最優(yōu)準(zhǔn)則法進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。通過(guò)算例對(duì)該高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：優(yōu)化設(shè)計(jì)后，，建筑物的整體剛度顯著提高，總重量比優(yōu)化前降低了18.1%，橫風(fēng)向等效靜力風(fēng)荷載減小約為9.03%。 本文以風(fēng)洞試驗(yàn)為主，結(jié)合理論分析詳細(xì)研究了L型截面高層建筑的風(fēng)荷載特性及其抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究成果可為L(zhǎng)型截面高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)及荷載規(guī)范相關(guān)條文的修訂提供參考依據(jù)。
[Abstract]:With the development of science and technology level and the increasingly tense of urban land use , high - rise buildings gradually move towards higher , lighter and more flexible trend , and the shape of high - rise buildings is more complicated . Based on the comparison between the test results of different wind tunnel research institutions , the reliability of the test equipment , flow field simulation , data acquisition and processing technology of the wind tunnel test room of the building and environment of Hunan University is verified . At the same time , the empirical formula of the power spectrum of the wind direction , the transverse direction and the torsional direction layer wind load applied to the CAARC high - rise building standard model is established by comparing the test results with the different wind tunnel research institutions . The wind pressure distribution and wind load characteristics of a high - rise building with L - shaped cross - section are studied . The integral type coefficient suitable for the design of the main body structure is derived by the transient wind pressure integral method . The results of the wind - induced response and the equivalent static wind load show that the wind - vibration coefficient of the new criterion needs to be controlled by the average wind load , and the static equivalent wind load of the wind tunnel is controlled by the inertia wind load . The wind - vibration coefficient of the wind tunnel test is smaller than the old standard , and the wind - vibration coefficient of the wind tunnel test is smaller than the new specification value , and the wind - vibration coefficient is gradually increased and exceeds the specification value with the increase of height . In this paper , the influence of wind load on average wind pressure and fluctuating wind pressure in high - rise building with L - shaped cross section is studied under the condition of four typical geomorphologic conditions . The influence of wind direction angle , turbulence intensity , thickness - width ratio , height - width ratio and height of measuring point on average wind pressure and fluctuating wind pressure distribution is discussed . The three - component force coefficient and the base moment coefficient of the L - shaped cross - section high - rise building are studied , the most unfavorable wind direction angle of the wind load is determined , and the three - component force coefficient and the foundation moment coefficient power density spectrum at the most unfavorable wind direction angle are discussed . Based on the principle of virtual work and Rayleigh quotient , a mathematical model of wind resistance optimization of high - rise building with beam , column and shear wall is established . Based on wind tunnel test , the wind load characteristics and wind resistance optimization design of high - rise buildings with L - shaped section are studied in detail by combining theoretical analysis .

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU973.213

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1517076