超高层建筑三维风荷载的吸/吹气控制研究

为减小超高层建筑的风荷载和风致响应，改善结构的抗风性能，采用风洞试验与CFD数值模拟相结合的方法，对超高层建筑三维风荷载的吸/吹气控制进行系统深入的研究。基于大气边界层中的"真实"入流湍流和FLUENT软件中的LES方法构建吸/吹气控制下超高层建筑脉动风荷载的数值模拟技术，为进一步研究超高层建筑吸/吹气模型的脉动风荷载和横风向旋涡脱落特性奠定基础。分析吸/吹气控制的几何参数（包括开孔位置、开孔宽度和高度等）和流量参数（包括吸/吹气角、吸/吹气流量系数和顺风向吹气动量系数等）对三维风荷载特性的影响规律，探索影响模型风荷载减阻和减振性能的控制性参数，并结合吸/吹气控制下模型周围的流场和涡量场阐明吸/吹气控制机理。以抗风设计为目标，拟合风荷载折减系数的经验公式，确定最优吸/吹气控制方案，并提供超高层建筑风荷载吸/吹气控制的实用抗风设计思路，为相关的工程应用和规范修订提供参考。

高强轻质材料的广泛应用和新型结构体系的出现，使得超高层建筑向着越来越高、越来越柔、阻尼比越来越小的方向发展，逐渐成为风敏感性结构，抗风设计已成为需重点考虑的关键因素。为减小超高层建筑的风致阻力，改善结构的抗风性能，本项目采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法，对全高或沿高度分段吸/吹气控制下超高层建筑的平均风荷载特性和脉动风荷载特性进行了研究。本项目顺利地完成了预期研究内容和研究目标，取得了如下研究成果：. （1）在参考航空航天和流体机械领域已有的吸/吹气控制试验装置的基础上，根据试验要求和场地条件设计了一套吸/吹气两用的控制系统和管道，实现了超高层建筑模型上部吸/吹气控制的风洞试验。. （2）进行了上部吸/吹气下超高层建筑的刚性模型风洞试验研究，分析了不同风向角下吸/吹气控制的几何参数和流量参数对模型平均风荷载特性和脉动风荷载特性的影响规律。. （3）基于风洞试验结果验证了CFD数值模拟方法的可行性，并通过CFD数值方法进行大规模的参数分析，确定吸/吹气控制对气动力参数、侧风面流动分离和横风向旋涡脱落特性的影响规律和控制效果，阐明了吸/吹气控制机理。. （4）将大气边界层中的“真实”湍流作为LES数值计算的入流边界条件，以风洞试验结果为基准，在FLUENT软件中选取合适的数值参数和网格条件，获得 LES 的精确数值模拟方法，从而构建了吸/吹气控制下超高层建筑脉动风荷载的数值模拟技术。. （5）以抗风设计为目标，确定了风荷载折减效应的控制参数，拟合了风荷载折减系数关于吸/吹气控制参数的经验公式，并讨论了吸/吹气控制在超高层建筑抗风设计中实际应用的可行性及具体实施办法。. （6）在国内外学术期刊和学术会议上发表/录用了学术论文7篇，其中被SCI或EI检索4篇。参与编写专著/教材一本，申请发明专利一项，培养硕士研究生毕业2名。