基于刚性模型风洞试验的高层建筑舒适度研究

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随着经济的蓬勃发展,城市用地越来越少,高层建筑拔地而起。当楼层达到一定高度,在风振作用下的振动便会达到某个限值,在这种情况下,不但要考虑结构强度与刚度的问题,更要重视生活在高层建筑中的人们是否舒适的问题。近年来,高层建筑的舒适度问题越发重要,并引起国内外专家的密切关注。关于舒适度的判别标准,各国有不同。最常用的是用顶点加速度限值来判别,我国规范也是用此判别法,而这种判别法也有某些局限,比如没有区分有无干扰情况;只能考虑建筑物顶层的整体舒适度,没有区域性概念;单单用峰值去考虑具有偶然性等。基于以上问题,为了更好去研究高层建筑的舒适度问题,给以后的舒适度问题的研究提供一些参考,本文在长沙某大厦项目的风洞试验基础上,做了以下工作:(1)在FLUENT平台下,得到长沙某大厦50一遇及100一遇风荷载情况下的直观的风压分布云图并对风压分布进行分析,在此基础上进行刚性模型风洞实验。通过对风洞试验风压数据的处理,得到不同风向角下大厦在有干扰情况下不同高度测点的平均风压系数及风压均方根系数,分析了环境对风压分布的影响。(2)建立长沙某大厦ANSYS模型,进行模态分析,得到前8阶振型,并通过ANSYS程序计算出结构加速度响应时程。比较了该大厦在单体和有干扰两种不同情况在不同风向角下的顶点加速度峰值,并与中国与日本规范计算情况进行对比,从而分析大厦舒适度问题。(3)参考各国标准,提出用均方根值去代替加速度峰值的加速度判别方法,并模拟不同风向角下顶点最大加速度均方根值与峰值的相关关系,得到峰值因子应该取3~4最合适。(4)在传统的舒适度分析的基础上,提出可以用烦恼率模型对高层建筑舒适度进行评价。针对最不利的风向角,对单体和有干扰两种情况不同楼层及不同位置的加速度响应时程进行计权,再通过MATLAB程序处理,得到计权后的加速度均方根值与计算烦恼率值。在此基础上,分析了不同楼层及不同位置的烦恼率值,并与烦恼率限值进行比较。
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