超高建筑强/台风作用及其效应的现场实测与理论分析

本项目应用现场实测、理论分析、数值模拟和风洞试验方法开展超高建筑强/台风作用及其效应的系统研究，开发实测、风洞试验新技术，建立理论分析和数值模拟新方法。在我国东南沿海5栋最有代表性的超高层建筑上安装实测设备开展实测研究，构建世界上最大规模的超高层建筑风效应实测研究平台，获得有工程和科学意义的风场和结构响应实测数据。通过分析得到强/台风风场和超高建筑响应特征，建立相应的理论分析模型和基于并行计算的风场及结构响应数值模拟新方法，实现强/台风和结构动力灾变过程的数值模拟及可视化动态显示；并将此拓宽至强风和大雨共同作用下超高建筑结构的动力灾变分析，提出相应的理论模型和基于双流体模型的数值模拟新方法。结合现场实测开展风洞试验和幕墙试验获得系统的结构风压分布和风致响应规律，进一步完善实验技术，发展理论分析和数值模拟方法，建立超高建筑风效应的数字建筑模型和数据库，为超高建筑抗风设计提供科学依据。

本项目在我国东南沿海选取了具有代表性的超高层建筑开展实测研究，建立了“超高层建筑风效应及台风实测平台”，实现了对超高层建筑台风效应的大规模、全面监测，积累了丰富的监测资料。同时，项目组还建设了既能测试风场又能测试房屋风荷载的“追风房测试系统”，其传感器装备齐全，可实时监测台风风场及房屋所受的强台风荷载和受雨率。在强/台风和结构动力灾变过程的数值模拟方面，本项目建立了一种生成数值风洞入口风场的新方法，并已应用与广州“珠江城”大厦、广州湾时代广场等多栋超高层建筑的抗风设计；建立了一种新的CFD模型——新亚格子模型，该模型适合高雷诺数流场计算，适应多种流态和复杂网格体系，且无试验滤波迭代，计算量少，将新亚格子模型与入口流场的新技术相结合，实现了全尺寸超高层建筑的大涡模拟（雷诺数108量级）；提出了基于双流体模型的风夹雨(WDR)数值模拟新方法，双流体模型描述WDR运动与过去的研究相比，大为简化了边界条件的处理和计算复杂性。此外，结合现场实测和数值模拟技术，本项目开展了大量风洞试验和幕墙试验研究，系统的获得了结构风压分布和风致响应规律，进一步完善了实验技术，发展了理论分析和数值模拟方法，并自主研发了“超高层建筑风雨荷载大涡模拟软件”和建立了超高层建筑风效应的现场实测数据库，为超高层建筑抗风设计提供科学依据。