[发明专利]基于类埃克曼螺线曲面板的高层建筑扭转风效应控制方法

说明书

基于类埃克曼螺线曲面板的高层建筑扭转风效应控制方法，属于土木工程技术领域。方法是：曲面板宽度的确定；建筑底部曲面板位置确定；曲面板一端放置在建筑迎风面的尖角处，另一端以曲面板宽度L1为半径旋转β角即确定了建筑底部曲面板位置，建筑另外三个角部按如下方式定义：即按照建筑顺时针方向依次为第二、第三、第四角部，在第二、第三及第四角部分别设置一个曲面板，设置在第二角部的曲面板相对于设置在尖角处的曲面板顺时针旋转90°，设置在第三角部的曲面板相对于设置在尖角处的曲面板顺时针旋转180°，设置在第四角部的曲面板相对于设置在尖角处的曲面板顺时针旋转270°；步骤三：曲面板边缘的曲线确定。本发明用于高层建筑扭转风效应控制。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种基于类埃克曼螺线曲面板的高层建筑扭转风效应控制方法。

背景技术

山区丘陵不仅通过加快风速来改变风环境，而且还通过改变风向来改变风环境。结果，在该类别地形附近的风廓线表现出随高度变化的风向，通常被称为(地形驱动)扭曲风廓线。处于该类别地形的高耸建筑(如商业区或者住宅区)受扭转风剖面的作用不可忽略，对于细长柔性或者具有偏心形状的高层建筑物，扭转风剖面由于使得建筑外壁上形成了不对称的风压，并且在建筑周围沿高度产生了不均匀的流场，因此改变了建筑物的空气动力学特性，同时不对称的风荷载可以增强高层建筑的扭转响应，而顺风荷载和侧风荷载之间的更高相关性可以放大横向引起的风振响应。其中最典型的风振响应即为涡激振动(简称涡振)，建筑涡振不仅会引起结构的疲劳破坏，还会影响居住的舒适性。

对建筑涡振的抑制学者们已经有广泛的研究，抑制措施通常包含有结构措施，机械措施和气动措施，当设计方案确定后，结构措施不再可行了。机械措施主要是通过安装机械装置来增加大跨桥梁结构的阻尼和提高刚度等来减小结构风致振动响应，然而，这需要耗费巨大的人力物力去生产及维护该装置，并且没有从根本上解决自激振动的发生。气动措施包括被动方式与主动方式两种。被动方式是仅仅需要改变建筑的气动外形或增加附属来提高抗风能力，该方式简单经济因而被广泛应用于实际工程中。

但是在扭转风剖面作用下，建筑不同高度的流场与普通风剖面作用下的差异大，且产生的气动力以扭转为主，因而传统的针对普通边界层风剖面的气动措施不再适用或者效果不好。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于类埃克曼螺线曲面板的高层建筑扭转风效应控制方法，利用曲面板的导流作用，减小扭转风剖面带来的扭转风荷载和建筑周围流场的不均匀分布，从而实现在扭转风剖面下，曲面板对超高层建筑风致扭转振动的控制。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于类埃克曼螺线曲面板的高层建筑扭转风效应控制方法，所述方法步骤如下：

步骤一：曲面板宽度的确定；

根据当地风速实测资料，统计得到主导风向、风速及沿高度方向的扭转风偏角γ，设曲面板最底部和建筑表面的夹角为β，当高度z＝0时γ＝β，

主导风向和建筑的无量纲脱落频率共同决定了曲面板的宽度L1，

L1＝B/10*(1+st)*cos(γ)，

其中：B表示建筑宽度；

st表示建筑斯托罗哈数，取为0.1；

*表示乘号×；

由于所述扭转风偏角γ由下至上角度逐渐减小，曲面板的宽度L1同样由下至上逐渐减小；

步骤二：建筑底部曲面板位置的确定；