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湍流特性对矩形高层建筑风荷载影响的研究

2021-05-04陈水福

空气动力学学报 2021年2期

刘 奕,陈水福

(浙江大学 建筑工程学院,杭州 31005)

0 引 言

风荷载是高层建筑的主要控制荷载,而风的湍流特性是影响风荷载分布特性尤其是脉动与极值特性的重要因素。探讨来流湍流特性对建筑风荷载的影响一直是学术界和工程界十分关注的课题。

湍流度和湍流积分尺度是表征风的湍流特性的两个主要参数,现有研究也主要从这两个方面出发研究其对建筑风荷载及周围绕流特性的影响。文献[1-3]研究了湍流特性对二维矩形棱柱绕流的影响,其中Lee[1]发现湍流度增大使侧风面风压恢复提前、背风面负压(均指绝对值)减小;Laneville[2]发现湍流度增大使平均剪切层曲率半径减小,从而使阻力系数最大值对应的深宽比减小;Nakamura和Ohya[3]发现湍流强度和湍流积分尺度均对背风面负压有较大影响。文献[4-9]研究了湍流特性对二维平板钝体周围分离再附流的影响,其中Hillier和Cherry[4]发现湍流度对平均风压和脉动风压均有很大影响,而湍流积分尺度对平均风压影响不大,对脉动风压影响很大;Nakamura和Ozono[5]发现分离泡内平均风压分布在湍流积分尺度比(即湍流积分尺度与模型特征尺寸之比)小于2时变化不大,而超过2时逐渐趋近均匀流下的分布;Li和Melbourne[8-9]发现平均风压在尺度比大于3.6时受湍流积分尺度影响明显,脉动风压和极值负压随湍流度和湍流积分尺度增大而增大,湍流积分尺度对极值负压的影响程度随湍流度增大而提高。顾明和叶丰[10-11]研究了不同风场下不同体型高层建筑的气动力幅值和频域特性,发现随地面粗糙度增加,脉动升力、阻力系数增大,升力系数谱频带变宽、能量减小;……

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