考虑结构耦合和气动耦合的双塔连体高层建筑结构抗风性能研究

基本信息
批准号:51608398
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:宋杰
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:胡钢,周颖,汤怀强,杨威,唐欢,祝曦晨
关键词:
高层建筑风工程结构耦合连体建筑气动耦合
结项摘要

Linked building system is a growing structural type of high-rise buildings. However, the mechanisms of link-induced structural coupling and aerodynamic coupling are still unclear in the field of wind engineering. The proposed research project focuses on the two types of couplings of two high-rise buildings connected by links (simplified as linked buildings (LB) in this proposal), investigating the mechanism of these two couplings and their effects on the performance of LB. First, an advanced structural evaluation model is developed, allowing for general cases such as LB with irregular structural system and different types of connection between links and buildings. The effect of the link-induced structural coupling on the modal properties and wind-induced responses of LB are then investigated by using the advanced model. Employing the synchronous multi-pressure measuring system (SMPMS) technique, the characteristics of aerodynamic coupling of LB are examined and spatiotemporal correlation between wind force components on LB is comprehensively investigated. The properties of aerodynamic coupling are then generalized and the relationship between the coupling and wind-induced response of LB is explored. To further uncover the mechanism of the aerodynamic coupling, larger eddy simulation (LES) method is adopted to numerically simulate wind flow around LB. Finally, the integrated effects of both structural and aerodynamic couplings on the wind-resistant performance of LB are analyzed, leading to reasonable design schemes and principles of wind-excited LB. The implementation of this project will shed light on the mechanism of the two couplings and their effects on the wind-induced structural responses. Meanwhile, the results from the project will guide optimal design of wind-excited LB, which is of theoretical and practical significance.

连体建筑是高层建筑常用的结构形式,但目前风工程界对连体建筑的结构耦合和气动耦合机理尚不明确。本项目以双塔连体高层建筑的结构耦合和气动耦合为研究对象,深入分析这两者的机理及其对于抗风性能的影响。首先通过改进现有结构分析模型,使之能够考虑结构不规则性和连体连接方式等一般性情况,运用改进模型系统地研究连体产生的结构耦合对建筑动力特性和风致响应的影响。基于同步测压风洞试验,研究连体建筑的气动耦合,深入分析风荷载的时空相关性,总结气动耦合的一般性特征,并分析其与风致响应之间的关系。为进一步揭示气动耦合的机理,通过大涡模拟法对建筑周围风场进行数值模拟,获得完备的流场特征。最后,综合分析结构耦合和气动耦合对连体建筑抗风性能的影响,给出双塔连体高层建筑抗风设计的方案和原则。本项目的实施将深入揭示两种耦合的机理及其对于结构风致响应的影响,为双塔连体建筑的优化设计起指导作用,具有重要的理论意义和工程应用价值。

项目摘要

随着城市的发展,邻近的高层建筑越来越多地设计成由空中连廊或空中花园等结构连接起来形成的一个连体高层建筑系统,但目前结构风工程界对连体建筑的结构耦合和气动耦合机理尚不明确。本项目以双塔连体高层建筑的结构耦合和气动耦合为研究对象,深入了分析这两者的机理及其对于抗风性能的影响。首先通过改进现有结构分析模型,使之能够考虑结构布置不规则性和连体各结构参数方式等一般性情况,运用改进模型系统地研究连体产生的结构耦合对建筑动力特性和风致响应的影响。基于同步测压风洞试验,系统研究了连体建筑的气动耦合,深入分析了风荷载的时空相关性,总结气动耦合的一般性特征,并分析了其与风致响应之间的关系。为进一步揭示气动耦合的机理,通过大涡模拟法对建筑周围风场进行了数值模拟,获得了比较完备的连体建筑周围流场特征。最后,综合分析结构耦合和气动耦合对连体建筑抗风性能的影响,给出双塔连体高层建筑抗风设计的方案和原则。本项目深入揭示结构耦合和气动耦合的机理及其对于连体建筑结构风致响应的影响,为双塔连体建筑的优化设计起指导作用,具有重要的理论意义和工程应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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