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某商业办公大楼抗风设计

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  【摘要】本文对一个特殊外形的商业写字楼进行了抗风试验,评估了该大楼结构设计的合理性。提出了建筑外形的改进设计建议,降低了结构风荷载,取得了较好地经济效益。
  【关键词】高层建筑 抗风设计 气动外形
  一、项目简介
  某商业写字楼高度为187米,该大楼结构形式复杂,内部中空有通透天井,外部连廊用支撑连接(见图1)。我国现行建筑结构风荷载规范尚不能涵盖该超高層建筑的抗风设计参数取值。因此,需对该商业大楼进行专门的抗风试验。
  二、试验简介
  该大楼风洞试验模型由有机玻璃制成,模型表面共布置楼582个测点,以测量不同位置的表面风压。为了考虑临近建筑物的干扰影响,试验模拟了大厦周围550m直径内的主要建筑。大厦周围建筑采用PVC板制成模型模拟。模型实验照片见图2。
  三、结果分析
  基于风洞试验数据和动力学理论计算了该大楼在设计风速下的动力响应和基底剪力,计算结果见图2-4。从图示结果来看,在相应设计风速下,建筑顶部最大位移达到13厘米,顶部的侧移与其高度的比值最大为1/1445,满足我国“高层民用建筑混凝土结构技术规程”(IGJ3-2012)规范的要求。在相应设计风速下(50年重现期),各风向角等效风荷载引起的楼底部最大内力分别为16300KN。在相应设计风速下(10年重现期),各风向角最大加速度为12厘米/秒2。
  四、外形优化
  从图3-5可以看出,本大楼的风致位移、加速度的最大值都是出现在120度风向角。虽然这些参数均未超高规范限制,但是,若能减小该风向角下的风致基底剪力,将可能极大程度地降低结构造价。
  从建筑外形优化的角度,项目组提出了抗风设计建议:将图1所示断面图中的端部由镂空改成封闭。经试验和理论计算,该优化方式能极大地减小120度风向角的风致响应和基地剪力,进而有效减低结构造价、取得巨大地经济效益。
  五、总结
  通过风洞试验和理论计算,该大楼能够经受住设计风速下的风荷载。进行外形优化后,大楼的风荷载和风致响应得到有效控制,最终降低了总造价,取得了较好地经济效益。相关研究可为类似的超高层建筑抗风设计提供参考。
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