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高层大悬挑网架核心筒复合结构的风洞试验及风振响应分析

王钢 赵才其 刘文卿 谢明典 陈强 郑弘扬

王钢, 赵才其, 刘文卿, 谢明典, 陈强, 郑弘扬. 高层大悬挑网架核心筒复合结构的风洞试验及风振响应分析[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 43-50. doi: 10.13206/j.gjgS23092301
引用本文: 王钢, 赵才其, 刘文卿, 谢明典, 陈强, 郑弘扬. 高层大悬挑网架核心筒复合结构的风洞试验及风振响应分析[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 43-50. doi: 10.13206/j.gjgS23092301
Wang Gang, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Xie Mingdian, Chen Qiang, Zheng Hongyang. Wind Tunnel Testing and Wind Vibration-Induced Analysis of a High-Rise Large Cantilever Truss-Core Tube Composite Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 43-50. doi: 10.13206/j.gjgS23092301
Citation: Wang Gang, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Xie Mingdian, Chen Qiang, Zheng Hongyang. Wind Tunnel Testing and Wind Vibration-Induced Analysis of a High-Rise Large Cantilever Truss-Core Tube Composite Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 43-50. doi: 10.13206/j.gjgS23092301

高层大悬挑网架核心筒复合结构的风洞试验及风振响应分析

doi: 10.13206/j.gjgS23092301
详细信息
    作者简介:

    王钢,博士,一级注册结构工程师,硕士生导师,主要从事复杂钢和铝结构工程设计方法与建造技术研究,707509167@qq.com。

    通讯作者:

    赵才其,博士,教授,博士生导师,101000815@seu.edu.cn。

Wind Tunnel Testing and Wind Vibration-Induced Analysis of a High-Rise Large Cantilever Truss-Core Tube Composite Structure

  • 摘要: 本工程为某机场导航台,其建筑外形呈下窄上宽的不规则喇叭形,高度约60 m,顶部宽约60 m,底部宽约27 m,腰部宽约10 m。由于本建筑的高度和悬挑尺度大,迎风面头重脚轻,顶部风荷载占比大,所以对结构的抗风极为不利。充分考虑本建筑的航管使用功能和高大悬挑超限特征,需要对其开展风洞试验研究、风洞数值模拟及风振响应分析。通过对缩尺比为1100的风洞模型进行风洞试验,在导航台的表面合理布置测压点,测点的布置均基于建筑的外形特征、风向以及后期分析,对结构高差变化较大处、边缘、凹凸拐角以及大悬挑等位置采取了加密布置。试验结果表明:圆形截面的风压系数在正对风向(0°)时达到正峰值,即呈现风压力的作用形式;在两侧(±90°)达到负风压系数峰值,由两侧向北侧(180°)负风压系数值逐渐降低,均呈现风吸力的作用形式;最底层及中间细腰处风压系数较为接近,屋顶处风压系数明显降低。使用Dlubal-Rwind计算软件进行足尺风洞数值模拟,结果表明,数值风洞和试验的风压系数分布规律基本一致,迎风面均为正值,两边侧面达到负值,背面均为负值,符合圆形截面的风压分布规律。通过数值风洞获取了建筑屋盖的风压系数,屋盖顶面的竖向风压系数均为负值,其中在近风端绝对值达到峰值,然后顺着风向逐渐减小。屋盖底面的风压系数在近风端为正值,两侧和背风端为负值。基于有限元分析软件ABAQUS建立结构风振响应分析模型,根据风洞试验测量得到脉动风压结果,采用时域直接积分法对该结构抖振响应进行分析,顶部钢结构阻尼比为1%,下部混凝土核心筒和悬臂梁均采用5%,根据结构的前两阶振型,计算得到各部分的瑞利阻尼参数。顺风向的水平位移随着层高的增加逐渐增大,最大水平位移发生在屋盖钢结构层。横风向的水平位移在下部核心筒范围内基本保持一致,在屋盖钢结构层发生最大水平位移。竖向位移主要集中于屋盖钢结构层,靠近风荷载来向端发生竖直向下的位移,背离风荷载来向出现竖直向上位移。根据JGJ/T 338—2014《建筑工程风洞试验方法》中的相关计算公式,给出了本结构的水平体型系数、竖向体型系数及风振系数建议值,这些建议值可指导本结构后续的分析与设计工作。
  • [1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
    [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑工程风洞试验方法标准:JGJ/T 338—2014[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2015.
    [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2012.
    [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 钢结构设计标准:GB 50017—2017[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2018.
    [5] 王莺歌,李正农,宫博,等. 定日镜结构风振响应的时域分析[J]. 振动工程学报,2008,21(5):458- 464.
    [6] 刘镇华,牛华伟,李红星,等. 基于刚性模型与气弹模型风洞试验对比的塔式定日镜风振响应研究[J]. 振动与冲击,2022,41(8):134- 140,187.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-23
  • 网络出版日期:  2025-10-27
  • 刊出日期:  2025-08-22

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