摘 要

随着经济的快速发展，高层建筑越来越多地应用到实际生活当中，建筑高度也不断攀升，使得风荷载成为高层建筑的不得不考虑的控制荷载，尤其是在强风的作用下，结构的风荷载及风致响应成为影响其安全性、舒适性的主要因素。随着建筑物高度的增加和轻质建筑材料的应用,建筑结构也发生了一些相应的变化^[1]，比如韧性增大，阻尼减小。仅考虑静态风荷载就显得些许不合适，难以满足其实际需要，因此，有必要对高层建筑表面的风压分布特性、等效静力风荷载以及风致响应进行研究。

本文基于多点同步测压试验的实测工程案例，利用matlab进行数值分析，研究了平均风压系数、脉动风压系数、极值风压系数、峰值风压系数以及局部体型系数在建筑表面的分布规律。同时，也研究了建筑的等效静力风荷载和风致响应随着风向角的变化规律以及周边建筑的影响。

研究结果表明，风压系数的分布大部分较为规律，但有小部分地方仍然存在着异常，这些异常可能与建筑物周围其他建筑的干扰有关。关于建筑等效静力风荷载及风致响应的部分，实测值略小于我国规范之中的设计值，说明我国现行建筑荷载规范中有关设计还是偏于安全的。

关键词： 高层建筑；风效应；风洞试验；风致响应

Abstract

With the rapid development of economy, high-rise buildings are increasingly used in real life, the construction height is also rising, making the wind load has become a high-rise buildings have to consider the control load, especially in the strong wind, the structure of the Wind load and wind response become the main factors that affect its safety and comfort. With the increase in the height of the building and the application of lightweight building materials, the building structure has also undergone some corresponding changes, such as increased toughness and reduced damping. It is difficult to meet the actual needs of the static wind load, so it is necessary to study the wind pressure distribution characteristics, the equivalent static wind load and the wind response of the high-rise building surface.

Based on the case study of multi-point synchronous pressure measurement test, the mean wind pressure coefficient, pulsating wind pressure coefficient, extreme wind pressure coefficient, peak wind pressure coefficient and local body coefficient distribution on the building surface are studied by using Matlab. law. At the same time, the equivalent static wind load and wind induced response of the building are studied with the change of wind direction angle and the influence of surrounding buildings.

The results show that most of the distributions of the wind pressure coefficients are more regular, but there are still some anomalies that may be related to the interference of other buildings around the building. On the part of the equivalent static wind load and wind response, the measured value is slightly smaller than the design value in our country, which indicates that the design of the current building load is still safe.

Key Words: high - rise building；wind effect；wind tunnel test；windy response

目 录

第 1 章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 选题的背景及意义 1

1.3 高层建筑抗风研究现状 2

1.3.1 高层建筑风荷载特性研究 2

1.3.2 高层建筑等效静力风荷载研究 3

1.4 本文研究内容 4

第 2 章 广州珠江新城B2-7地块风洞动态测压试验 5

2.1 风洞试验对象 5

2.2 风洞试验模型设计及测点布置方案 5

2.3 数据采集系统 9

2.3.1 风速采集系统 9

2.3.1 风压采集系统 9

2.4 风场的模拟 10

第 3 章 数据分析理论 11

3.1 风压系数的计算 11

3.1.1 平均风压系数 11

3.1.2 脉动（均方根）风压系数 11

3.1.3 极值风压系数 12

3.1.4 峰值风压系数 12

3.2 建筑风压的计算 12

3.2.1 整体风压的计算 12

3.2.2 局部风压的计算 13

3.3 等效静力风荷载及风致响应的计算 14

第 4 章 高层建筑表面风压分布特性研究 17

4.1 平均风压系数 17

4.1.1 平均风压系数随风向角的变化关系 17

4.1.2 平均风压系数随建筑高度的变化关系 18

4.1.3 平均风压系数的立面分布特性 20

4.2 脉动风压系数 23

4.3 极值风压系数 25

4.4 峰值风压系数 26

4.4 体型系数 27

第 5 章 高层建筑等效静力风荷载及风致响应研究 29

5.1 等效静力风荷载 29

5.2 风荷载功率谱 30

5.3 建筑结构的风致响应评估 31

5.3.1 加速度响应的评估 31

5.3.3 位移响应的评估 32

第 6 章 结论与展望 33

6.1 结论 33

6.2 展望 33

参考文献 34

致谢 36

第 1 章 绪论

1.1 引言

随着科学技术的快速发展及施工水平的大幅提高，高层建筑在全球范围内很快的发展，且由于城市用地价格的飞速增长，建筑物高度不断提高。例如世界第一高楼阿联酋迪拜塔高度己经到达了828m，我国的上海中心大厦高度达到了632m，麦加皇家钟塔饭店的建筑高度也有601m。高层建筑主要承受的水平荷载有地震作用和风荷载，不同于地震作用，风荷载作用的持续时间相比起来要长得多，出现的频率也较高。风对建筑物的作用是复杂的，作用在建筑物上的风荷载往往是不均匀、非定常的，随着风速、风向角和建筑物截面的形状、高度、时间和作用位置的不同，均会发生变化。风对建筑物的作用可以看成平均风和脉动风的叠加，风作用于高层建筑会产生明显的三维荷载效应，在三维荷载的动力作用下，高层建筑在顺、横风向和扭转方向均会产生振动，这种振动反过来使风场的分布发生变化，进而使风对高层建筑的作用变得更复杂。

至今为止虽然没有出现因风的作用而整体倒塌的高层建筑的工程实例，但是，高层建筑在强风作用下，导致围护结构遭到破坏，甚至因振动过大而导致居住者感到不适的情况却常有发生。例如，从1972年4月到1973年1月的这段时间内，于1971年9月完工的美国波士顿约翰·汉考克大楼由于强风的作用，造成约100块玻璃开裂，49块玻璃被严重损坏，导致建设团队不得不更换所有的玻璃，并采取相应应对措施，直接使建筑延误了三年半投入使用；1926年，美国佛罗里达州遭遇一次飓风袭击，使得一座17层的Meyer-Kiser钢框架大楼发生了严重的塑性变形，伴随着严重的摇晃现象。因而，高层建筑的抗风研究是建筑风工程的重要环节，对高层建筑的风荷载特性和风致响应进行研究是十分必要的。

1.2 选题的背景及意义

随着城市人口的不断增加，城市用地越来越紧张，为了缓解越来越多的人口与有限土地资源之间的矛盾，城市建筑高度不得不垂直延伸，导致越来越多的高层建筑被运用到实际的生产之中。高层建筑由于高度比较大，相比于一般建筑具有自振频率低、柔度大的特点，受风荷载的影响也较为明显。