第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 双塔结构群体风效应试验研究及抗风设计应用 张艳辉，区彤，许伟”，谭坚 （1.广东省建筑设计研究院，广州510010；2广东省建筑科学研究院.
广州510500） 提要：通过对实际超高层双塔结构的群体风效应开展风润试验研究，对有、无周边建筑情况下的结构整体风荷 载、楼层分布风荷载进行比较，分析了关键风向时的群体风干扰效应：将风洞试验给出的等效风荷载用于工程设 计并将其与规范结果进行了比较分析.
结果表明：不规则的群体建筑布局下风干扰效应与规范列出的风干扰效应 明显不同，须通过详细风润试验研究其影响并指导实际工程设计.
关键词：超高层建筑：双塔结构：风干扰效应：风润试验：抗风设计 1引言 通常而言，超高层建筑不会孤立地存在与城市之中，其周围密集的建筑群会对超高层建筑周围的流场 产生显著的影响，进而影响到作用在结构上的风力，这就是规范中提到的群体建筑风干扰效应.
由于这一 问题涉及到两个甚至多个建筑尺寸、形状、相对位置、风向以及地貌条件等非常复杂的因素，因此很难通 过系统的风洞试验研究来掌握普遍的规律.
我国《建筑结构荷载规范》虽给出了单一施扰建筑时的干扰 系数取值作为参考，但实际工程却很难直接找到对应的情况，使得设计取值时面临较大的困难.
目前已有 主要针对一些工程实例.
本文以欧浦国际商业中心这一超高层双塔结构为工程背景，通过开展群体风效应风洞试验研究，对有、 无周边建筑情况下的结构整体风荷载、楼层分布风荷载进行比较，分析了关键风向时的群体风干扰效应： 将风洞试验给出的等效风荷载用于工程设计并将其与规范结果进行了比较分析.
2风洞试验与分析概况 2.1风洞试验与分析概况 欧浦国际商业中心位于佛山市佛山新城，裙房屋面高度约22.0米，东座结构屋面高度约208.5米，幕 墙最高高度约221.2米：结构屋面高度为180.0米，幕墙最高高度约185米.
建筑效果图见图1.
风洞试验在广东省建筑科学研究院CGB-1大气边界层风洞内进行，风洞试验段截面尺寸为4mx2.8m， 采用刚性模型多点同步测压试验技术测量风荷载.
模型的几何缩尺比为1：350，在东座、西座和下部裙房 表面分别布置测点667个.
试验模拟C类粗糙度地貌，见图2所示.
风向角间隔取为10°，共有36个风 向工况，试验风速为12.6m/s，图3给出了风向角及主轴定义.
风洞试验进行了有、无周边建筑两种工况下的测试以考察群体建筑的干扰效应.
建筑刚性模型见图4 所示.
2.2结构风振分析概况 试验完成后根据测点位置及控制面积，采用高频覆面积分方法计算获得结构各楼层风力时程以及基底 力时程.
结合具体结构模型和参数，采用基于随机振动理论的频域方法进行结构的风振响应计算从而获得
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 结构响应，采用惯性力法给出结构等效静风荷载.
承载力计算时，基本风压取为0.60kN/m²，阻尼比取为 0.05：舒适度分析时，风压取为0.30kN/m²，阻尼比取为0.02.
u 图1建筑效果图 图2边界层风制面模拟结果 图3风向角与结构主轴示意图 （a)无周边建筑时 (b）有周边建筑时 图4风润试验照片 3群体风干扰效应分析 3.1结构整体风荷载 表征结构整体风荷载的参数包括基底倾覆力矩（Mx，My)、基底总剪力(Fx、Fy)和底部总扭矩（Mz).
通 常底部总剪力随风向变化的规律与对应的倾覆力矩变化规律一致，因此本节仅分析Mx、My以及Mz在有、 无周边建筑两种工况下随风向角变化的曲线图，其中图5为东座塔楼结果，图6为西座塔楼结果.
从图中可以看出，总体而言，无周边建筑情况时的结构整体风荷载比有周边建筑时的风荷载大，这说 明大部分风向下，周边建筑对本项目的风干扰效应表现为遮挡的影响，对主体结构受力是有利的.
具体对 东座塔楼的风荷载数据进行分析可以看到：1）Mx在0°、180°及邻近风向时，周边建筑的影响大于90° 和270°，遮挡效应最为明显的风向角是180°：2）My在90°、180°及邻近风向时，周边建筑的影响较为 显著.
分析具体原因为：东座塔楼的风力受周围建筑的干扰分为两部分，第一部分为西塔的影响，第二部分 为其余周围建筑的影响.
本文所研究的双塔结构代表无论有无其他周边建筑的存在，东、西两座塔楼均同 时彼此产生影响.
270°风向时，西座处于东座上游，东座风力主要受西座遮挡影响，此时有、无周边建 筑两座工况东座整体风力相差不大：但当风向偏离至0°~180°区间时，有周边建筑下东塔风力明显低于 无周边时结果.
图5（c）为东座底部总扭矩随风向的变化曲线，可以看出，扭矩对周边建筑的有、无更为敏 感.
上述分析表明，由于周边建筑的复杂性，很难直接参考规范所列的群体风干扰系数来估计结构风荷载， 此时需进行多种周边建筑工况的风洞试验研究，以获得准确风荷载.
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第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 =WT-M民达 10.20 38890 120 320. 6.000-08 310 310. 5 00t-08- 300 100 300 50 290 290 66 299 10 270 280 260 10O 200 100 00 250′ 110 250° 120 250 110 240 230 240° 230 130 120 240' 230′ 120 220 140 130 220 140 220 140 130 180 1050 180 oRt （a）绕x轴倾覆弯矩 （b）绕Y轴倾覆弯矩 (c)绕z轴总扭矩 图5有、无周边建筑时结构底部倾覆随风向变化（东座） afo 3020 34y89 7.00L9 310 310 06 310 320. 290 300 300 290/ 300 280 tec 290 270 280 260 270 100 90 250 110 256 110 092 240° 120 120 250 110 230 130 230 240 230 130 120 220 140 De160 150 180 180 180 (a)绕X轴顿覆弯矩 （b）绕Y轴倾覆弯矩 (c）绕z轴总扭矩 图6有、无周边建筑时结构底部倾覆随风向变化（西座） 3.2楼层风荷载分布 图7、8分别给出了最不利风向下东座、西座楼层风荷载沿高度的分布曲线，图中可以看到，当没有周 边建筑时，结构楼层的风荷载沿高度分布趋势与规范风荷载较为一致：但当考虑周边建筑影响后，风洞试 层风荷载分布的不同会直接影响后续结构计算的位移和内力指标.
ER 8 w-fv-有周动 n-有周 00*260 00*260 0 399t30 0 尿风 NAAEGN 30et-ds t00t-05 图7有、无周边建筑时结构楼层分布风荷载（东座） 图8有、无周边建筑时结构楼层分布风荷载（西座） 4 结构抗风设计应用 各个荷载分量不一定同时达到最大峰值，用于主体结构设计需考虑风荷载分量间的组合系数，根据风 洞试验结果，得出主体风荷载控制是建议的组合工况，详表1.通过楼层等效静风荷载的形式施加到SATWE 3
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 结构模型中，计算各工况下的是否考虑周边环境的风荷载效应，并与规范风荷载计算结果进行对比.
提取 SATWE各工况的楼层位移和层间位移角结果，对比如图9至图12所示.
表1 风荷载组合系数 工况 风向角 东座 西座 Fx Fy Mz Fx Fy Mx 1 10 0.30 1. 00 0.25 0.45 1.00 0.65 2 150 0.45 1. 00 0.15 0.65 1. 00 0.80 3 300 1.00 0.50 0.10 1.00 0.70 0.40 4 110 1.00 0.45 0.10 1.00 0.55 0.70 工&I_AQ 周边 120T 工祝2_周地 无周迹 工况2_沈调 工况3_周边 - IR3 工祝4_周边 无周迹 工祝无周造 81C109 X抑梗层他移/mm 图9风荷载下楼层位移（东座） TR1 CRI TRI 2) 40 6o 80 0 [2) T向楼肥拉移/e 100 模品包移/ 图10风荷载下楼层位移（西座） 50* 30 16 工况4 C83 10 R值 0.00 0000 0005 0.00 0.0005 0.0010 0.0015 X向层网位移角 向层网位移角 图11风荷载下楼层层间位移角（东座)
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 工泥1_周边 工况1无周渣 工泥2周边 OR1 1 R2 无周吐 raR.2 L8R 3. 无周 LR 3 无周 LR 3 周地 工况4_国边 工况 4_周边 规 工泥4_无周过 10- 工况A无周边 限值 规范 0. 0000 0. 0004 0.0008 0.0012 0. 0016 0. 0000 0.0004 0.0008 0.0012 0. 0016 X向层网位移角 是间位移角 图12风荷载下楼层层间位移角（西座） 从结果可知，当周边环境改变时类似于改变了场地类别，东座考虑周边建筑物的结果一般较不考虑的 要小，西座的规律则较为复杂，大小兼有，这是由于东座较西座高，受周边环境的影响更为敏感，而西座 本身受双塔影响较周边环境大.
对比可知，基本上规范荷载（C类，0.6kN/m²）计算结果要大于风洞荷载 计算结果，但东座的楼层位移规范荷载的计算值要小于风洞荷载计算值.
虽本项目高度较高，但风荷载下 的层间位移角均较小，满足广东高规的限值要求（东座：1/553，西座：1/596）.
结果分析表明对此双塔 连体类型建筑应考虑周边环境影响，风洞荷载应取多组不利组合，且设计时不能只考虑风洞荷载或规范荷 载，应按两者的包络设计.
5结论 本文以欧浦国际商业中心这一超高层双塔结构为工程背景，通过开展群体风效应风洞试验研究，比较 了有、无周边建筑情况下的结构整体风荷载、楼层分布风荷载，并将其用于工程设计，相关结论如下： （1）塔楼风力受周围建筑的干扰分为两部分，分别为双塔结构之间的影响和其余周边建筑的影响，风 向不同时表现出的干扰效应明显不同.
（2）群体建筑时双塔结构的楼层风荷载分布与规范楼层风荷载分布不同，直接影响后续结构计算的位 移和内力指标.
(3) 由于周边建筑的复杂性，很难直接参考规范所列的群体风干扰系数来估计结构风荷载，此时需进 行多种周边建筑工况的风洞试验研究，以获得准确风荷载.
（4）双塔连体类型建筑应考虑周边环境影响，风洞荷载应取多组不利组合，且设计时不能只考虑风洞 荷载或规范荷载，应按两者的包络设计.
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