張偉 陳旭

【摘要】本文對一個特殊外形的商業(yè)寫字樓進行了抗風試驗，評估了該大樓結構設計的合理性。提出了建筑外形的改進設計建議，降低了結構風荷載，取得了較好地經濟效益。

【關鍵詞】高層建筑 抗風設計 氣動外形

一、項目簡介

某商業(yè)寫字樓高度為187米，該大樓結構形式復雜，內部中空有通透天井，外部連廊用支撐連接（見圖1）。我國現行建筑結構風荷載規(guī)范尚不能涵蓋該超高層建筑的抗風設計參數取值。因此，需對該商業(yè)大樓進行專門的抗風試驗。

二、試驗簡介

該大樓風洞試驗模型由有機玻璃制成，模型表面共布置樓582個測點，以測量不同位置的表面風壓。為了考慮臨近建筑物的干擾影響，試驗模擬了大廈周圍550m直徑內的主要建筑。大廈周圍建筑采用PVC板制成模型模擬。模型實驗照片見圖2。

三、結果分析

基于風洞試驗數據和動力學理論計算了該大樓在設計風速下的動力響應和基底剪力，計算結果見圖2-4。從圖示結果來看，在相應設計風速下，建筑頂部最大位移達到13厘米，頂部的側移與其高度的比值最大為1/1445，滿足我國“高層民用建筑混凝土結構技術規(guī)程”（IGJ3-2012）規(guī)范的要求。在相應設計風速下（50年重現期），各風向角等效風荷載引起的樓底部最大內力分別為16300KN。在相應設計風速下（10年重現期），各風向角最大加速度為12厘米/秒²。

四、外形優(yōu)化

從圖3-5可以看出，本大樓的風致位移、加速度的最大值都是出現在120度風向角。雖然這些參數均未超高規(guī)范限制，但是，若能減小該風向角下的風致基底剪力，將可能極大程度地降低結構造價。

從建筑外形優(yōu)化的角度，項目組提出了抗風設計建議：將圖1所示斷面圖中的端部由鏤空改成封閉。經試驗和理論計算，該優(yōu)化方式能極大地減小120度風向角的風致響應和基地剪力，進而有效減低結構造價、取得巨大地經濟效益。

五、總結

通過風洞試驗和理論計算，該大樓能夠經受住設計風速下的風荷載。進行外形優(yōu)化后，大樓的風荷載和風致響應得到有效控制，最終降低了總造價，取得了較好地經濟效益。相關研究可為類似的超高層建筑抗風設計提供參考。