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《廣東土木與建筑雜志》2014年第七期

1矩形截面時高寬比影響分析

以40m×40m×200m作為基準工況，研究高寬比變化引起的單體高層建筑表面分布風壓以及總基底力系數的變化規律，各工況參數見表1的工況1～6。圖2給出了工況1～6模型寬邊迎風時4個側面以及頂部的風壓系數分布云圖。可見，在平面尺寸不變的情況下，隨著模型高度的增加，模型迎風面和背風面局部風壓系數絕對值均有一定程度的增大。當高度增加到150m（即長細比為3.75）時，模型背風面上部開始出現風壓系數-0.6的區域，當高度增加到350m（即長細比為8.75）時，模型迎風面上部開始出現風壓系數1.0的區域。圖3給出了工況1～6模型寬邊迎風時迎風面、背風面以及側風面上的整體平均風壓系數隨高寬比變化曲線，以及模型基底平均力系數隨高寬比變化曲線。可見，高寬比由2.5增至3.75時，迎風面整體風壓系數呈減小趨勢，而背風面整體風壓系數絕對值呈增大趨勢，此時基底力系數和彎矩系數變化相對較小；當高寬比從5.0增至6.25時，迎風面整體風壓系數變化較小，而背風面整體風壓系數絕對值增大，整體風力系數增大。總的來說，建筑底部基底力系數隨高寬比的增加而增大。

2矩形截面時寬厚比影響分析

研究寬厚比變化引起的高層建筑表面風壓以及總基底力系數的變化規律。各工況參數見表1的工況7~11。圖4給出了工況3、工況7～11模型寬邊迎風時4個側面以及頂部的風壓系數分布云圖。可見，在高度和厚度不變的情況下，隨著迎風寬度的增加，模型迎風面中下部正風壓系數有所減小，同時背風面中上部負風壓系數絕對值持續增大。圖5給出了工況3、工況7～11模型寬邊迎風時迎風面、背風面以及側風面上整體平均風壓系數隨寬厚比變化曲線，以及寬邊迎風時模型基底平均力系數隨寬厚比變化曲線。可見，隨著寬厚比的增大，建筑迎風面整體風壓系數呈減小趨勢，但減小幅度較少；背風面負風壓系數絕對值明顯增加。當寬厚比在1.0～1.5之間時，基底力系數和彎矩系數變化幅度不明顯，當寬厚比大于1.5后，基底力系數和彎矩系數對寬厚比的敏感度增大，整體風荷載大幅增加，因此從上述分析可以得到，建筑平面的寬厚比控制在1.0～1.5之間為較理想的范圍。

3平面形狀影響分析

為了研究高層建筑平面形狀對風壓分布規律的影響，設計了圖6的8個分析工況，其中以40m×40m×200m作為基準工況，分別對基礎的矩形平面進行切角、圓角和凹槽等平面處理，分別命名為工況3、工況12～18。各工況的建筑高度統一取為200m，平面尺寸設置如圖6。圖7給出了工況3、工況12～18模型寬邊迎風時4個側面以及頂部的風壓系數分布云圖。從總體上看，當采取圓角和切角處理時，角部大部分區域受風吸力作用，尤其當轉角為圓弧時，負風壓系數達到-2.0以上；采取十字型截面時，迎風突起部位所受正風壓與矩形截面類似，但兩側后縮進部分的正風壓明顯減小；當采取平面凹角處理時，迎風面風壓與矩形截面基本一致。上述僅為對風壓分布云圖的定性分析，由于各工況的迎風面特征尺寸一致，分別通過積分計算各工況下基底的平均力系數和基底彎矩系數，如圖8。可見，相對矩形截面而言，采用矩形切角和圓角方式可十分有效地減小塔樓順風向風荷載，尤其是圓角形式，整體風力系數較小十分明顯，僅為原風力系數的約50%，而兩種切角方案所受順風向風荷載基本相同；十字型平面順風向風力系數小于矩形截面，但略大于四周切角的八邊形平面；當矩形平面中部存在凹槽時，由于凹槽的兜風效應，在一定程度上增加了順風向風荷載，隨凹槽深寬比增大而增大。

4結語

本節以矩形單體高層建筑為基本建筑體型，采用CFD數值模擬手段，并結合各類數據分析的手段和理論，分別從整體風荷載和局部風荷載的角度對長、寬比變化和平面切角、圓角、凹槽等建筑體型的變化對風荷載的影響進行了研究。主要結論如下：⑴建筑底部基底力系數隨高寬比的增加而增大。高寬比由2.5增至3.75時，基底力系數和彎矩系數變化相對較小；當高寬比從5.0增至6.25時，整體風力系數增大明顯。⑵寬厚比在1.0～1.5之間時，基底力系數和彎矩系數變化幅度不明顯，當寬厚比大于1.5后，基底力系數和彎矩系數對寬厚比的敏感度增大，整體風荷載大幅增加。建筑平面的寬厚比控制在1.0～1.5之間為較理想的范圍。⑶采用矩形切角和圓角的方式可十分有效減小塔樓順風向風荷載，其中圓角形式最為有效；當矩形平面中部存在凹槽時，由于凹槽的兜風效應，在一定程度上增加了順風向風荷載，隨著凹槽深寬比的增大而增大，即凹槽越大，兜風增大效應越明顯。

作者：李志強許偉單位：華潤（深圳）有限公司廣東省建筑科學研究院