董 欣， 葉繼紅， 鄒云峰， 左太輝

(1. 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092； 2. 上海防災(zāi)救災(zāi)研究所，上海 200092；3. 中國礦業(yè)大學(xué) 力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116； 4. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，長沙 410075)

對高層建筑而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓及主體結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動是工程設(shè)計中的重要考量，其關(guān)乎建筑使用的安全性及居住的舒適性。在眾多高層建筑中，矩形是最為常見的平面形狀。Wardlaw等[1]提出了矩形高層建筑標(biāo)準(zhǔn)模型(Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council，CAARC)。據(jù)此，國內(nèi)外學(xué)者通過測壓試驗、測力試驗、氣彈試驗和計算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)對CAARC模型表面風(fēng)壓及其風(fēng)振響應(yīng)開展了一系列研究。

作為已建成風(fēng)洞或數(shù)值模擬計算的校核標(biāo)準(zhǔn)，一些研究學(xué)者主要關(guān)注不同試驗室的結(jié)果比對。Elshaer等[2]和黃鵬等[3]分別通過大渦模擬(Large Eddy Simulation，LES)和風(fēng)洞試驗，給出不同風(fēng)向下CAARC模型表面風(fēng)壓分布、模型基底彎矩和頂部位移；并將所得結(jié)果與其余風(fēng)洞試驗室的結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明，不同試驗室所得結(jié)果存在一定差異。Melbourne[4]指出風(fēng)壓分布的差異主要來源于風(fēng)速譜和阻塞率。結(jié)構(gòu)基底彎矩和頂點位移差異主要來源于剪切層特性和再附運動；當(dāng)風(fēng)向垂直于某一立面時，該差異顯得尤為顯著。一些國外學(xué)者較為關(guān)注CAARC模型表面風(fēng)壓以及結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)與流場(如風(fēng)速、湍流度、旋渦運動)之間的關(guān)系。Tanaka等[5]通過測壓試驗和氣彈試驗，給出了不同風(fēng)向下CAARC模型2/3高度處的風(fēng)壓系數(shù)、脈動風(fēng)壓譜及頂部位移隨風(fēng)向角的變化曲線。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)的平均位移與風(fēng)速平方成正比；均方根位移與風(fēng)速的2～3.5次冪成正比(隨風(fēng)向變化)，這與文獻(xiàn)[6]所得結(jié)論基本相同。Goliger等[7]通過測壓試驗給出了0°和90°風(fēng)向下CAARC模型2/3高度處的風(fēng)壓；并通過氣彈試驗研究了CAARC模型風(fēng)振響應(yīng)對幾何縮尺比和湍流度的敏感程度。結(jié)果表明，即使幾何縮尺比的變化幅度達(dá)到50%，其對風(fēng)振響應(yīng)的影響仍較?。坏牧鞫鹊淖兓瘜@著影響結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向和橫風(fēng)向響應(yīng)。通過氣彈試驗，Thepmongkorn等[8]測量了不同風(fēng)向下CAARC模型頂部位移和基底彎矩，指出結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向均方根響應(yīng)峰值主要來源于旋渦脫落共振。除風(fēng)壓分布與風(fēng)振響應(yīng)之外，Huang等[9-10]還通過CFD技術(shù)，展現(xiàn)了0°風(fēng)向下CAARC模型后部水平面和豎直面內(nèi)的流線分布。

綜上，國內(nèi)外學(xué)者已針對CAARC標(biāo)準(zhǔn)高層建筑模型表面風(fēng)壓及結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)開展相關(guān)研究。然而關(guān)于0°和90°風(fēng)向(響應(yīng)突出工況)下，模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓及主體結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的對比研究并不多見。此外，關(guān)于CAARC模型后部繞流特性的研究，目前主要采用數(shù)值模擬技術(shù)且研究仍集中在單工況——0°風(fēng)向。因此，本文通過風(fēng)洞測壓試驗，對比0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型立面的風(fēng)壓分布及整體風(fēng)力；基于粒子圖像測速技術(shù)(Particle Image Velocimetry，PIV)，展現(xiàn)模型后部的流場特性，以此揭示兩種風(fēng)向下模型整體風(fēng)力差異的產(chǎn)生原因；通過動力響應(yīng)計算，給出0°和90°風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)隨折減風(fēng)速變化的擬合方程。所得結(jié)論將為矩形高層建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

1 剛性模型風(fēng)洞測壓試驗

1.1 風(fēng)場模擬

本文剛性模型測壓試驗是在湖南大學(xué)風(fēng)工程試驗研究中心的HD-2大氣邊界層風(fēng)洞中完成的。試驗段寬3 m、高2.5 m、長17 m。試驗地貌為B類，相應(yīng)的風(fēng)速剖面、湍流度剖面及脈動風(fēng)速譜模擬結(jié)果見圖1。其中，z為某點高度；Iu為湍流度；u為某高度處的風(fēng)速；u350為梯度高度處的風(fēng)速；α為風(fēng)速剖面的冪指數(shù)；n為頻率；σ2為脈動風(fēng)速的方差；Su(n)為風(fēng)速譜值。試驗參考點設(shè)置在模型頂部，該處來流平均風(fēng)速為8.56 m/s，湍流度為8%。

圖1 風(fēng)洞中對大氣邊界層的模擬(B類地貌)Fig.1 Simulation of Terrain B in wind tunnel

1.2 模型設(shè)計

CAARC模型的實際尺寸為45.72 m(B)×30.48 m(D)×182.88 m(H)。試驗?zāi)Ｐ蛶缀慰s尺比為1 ∶ 300，縮尺后的尺寸為152.3 mm(B)×101.6 mm(D)×609.6 mm(H)。模型采用有機(jī)玻璃制作(見圖2)，模型立面設(shè)置18個測點層，共布置362個測點(見圖3)。

圖2 CAARC標(biāo)準(zhǔn)高層建筑模型風(fēng)洞測壓試驗Fig.2 Wind pressure measurement for CAARC model

圖3 CAARC模型表面測點布置圖(mm)Fig.3 Tap locations on CAARC model (mm)

試驗中，采用電子壓力掃描閥對模型表面風(fēng)壓進(jìn)行同步測量。采樣頻率為312.5 Hz，每個測點采集6 000個數(shù)據(jù)。為消除風(fēng)壓信號途徑測壓系統(tǒng)產(chǎn)生的畸變，已采用測壓管路系統(tǒng)的傳遞函數(shù)對原始風(fēng)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各測壓點的風(fēng)壓值均采用無量綱風(fēng)壓系數(shù)表示，其計算式為

(1)

式中：Cpi(t)為第i測壓點t時刻的風(fēng)壓系數(shù)；Pi(t)為所測得的第i測壓點t時刻的風(fēng)壓；P∞為參考點處的平均靜壓；ρ為空氣密度；UH為參考點處的平均風(fēng)速。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓

2.1 風(fēng)壓系數(shù)分布

圖4和圖5分別給出了0°風(fēng)向下， CAARC模型各立面平均和脈動風(fēng)壓系數(shù)分布。

圖4 CAARC模型表面平均風(fēng)壓系數(shù)分布(風(fēng)向0°)Fig.4 Distribution of mean pressure coefficient on CAARC model (wind direction of 0°)

圖5 CAARC模型表面脈動風(fēng)壓系數(shù)分布(風(fēng)向0°)Fig.5 Distribution of fluctuating pressure coefficient on CAARC model (wind direction of 0°)

由圖4和圖5可見，0°風(fēng)向下，迎風(fēng)面平均和脈動風(fēng)壓系數(shù)均呈現(xiàn)“上大下小”的分布趨勢。在背風(fēng)面，上部平均風(fēng)吸力較大，邊緣及底部風(fēng)壓脈動顯著。在左、右兩側(cè)風(fēng)面，平均風(fēng)吸力分布趨于均勻，峰值位于背風(fēng)邊緣中上部；強(qiáng)烈脈動風(fēng)壓位于底部迎風(fēng)角點和背風(fēng)邊緣附近。

圖6和圖7分別給出了90°風(fēng)向下，CAARC模型各立面平均和脈動風(fēng)壓系數(shù)分布。

圖6 CAARC模型表面平均風(fēng)壓系數(shù)分布(風(fēng)向90°)Fig.6 Distribution of mean pressure coefficient on CAARC model (wind direction of 90°)

圖7 CAARC模型表面脈動風(fēng)壓系數(shù)分布(風(fēng)向90°)Fig.7 Distribution of fluctuating pressure coefficient on CAARC model (wind direction of 90°)

由圖6和圖7可見，90°風(fēng)向下，迎風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)分布趨勢與0°風(fēng)向接近。背風(fēng)面平均風(fēng)壓系數(shù)分布趨勢0°風(fēng)向相同，但較大風(fēng)壓脈動位于立面邊緣及上部。在側(cè)風(fēng)面，平均風(fēng)吸力呈現(xiàn)明顯的變化梯度[11-12]，其將隨著與迎風(fēng)前緣距離的增加而逐漸衰減；強(qiáng)烈風(fēng)壓脈動集中在始于底部迎風(fēng)角點的瓣狀區(qū)域內(nèi)[13]。

2.2 整體風(fēng)力系數(shù)

圖8為0°和90°風(fēng)向下CAARC模型層風(fēng)力系數(shù)分布。表1給出了模型的整體風(fēng)力系數(shù)。

圖8 CAARC模型層風(fēng)力系數(shù)沿高度的變化Fig.8 Distribution of wind forces along CAARC model height

由圖8和表1可得如下結(jié)論：

(1) 相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下的模型整體阻力較小，平均和脈動阻力降幅分別為18%和7%。兩種風(fēng)向下，平均阻力沿高度的變化與風(fēng)剖面形狀類似；脈動阻力沿高度變化較小。

(2) 相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下的模型整體升力減小35%。兩種風(fēng)向下的升力較大差異位于中下部樓層(z<0.6H)。

表1 不同風(fēng)向下CAARC模型的整體風(fēng)力系數(shù)

(3) 相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下的模型整體扭矩增大56%。這是因為90°風(fēng)向時，較寬側(cè)風(fēng)面上復(fù)雜的流體運動(如分離運動、剪切層-邊緣相互作用等)使得左右兩側(cè)風(fēng)壓分布趨于不對稱[14](見圖6)，導(dǎo)致模型整體扭矩增大。

3 流場特性

3.1 PIV試驗

為探討不同風(fēng)向下CAARC模型整體風(fēng)力差異的產(chǎn)生原因，本節(jié)通過PIV試驗，觀察并量化0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型背風(fēng)側(cè)流場特性。PIV試驗在中南大學(xué)開口直流式小型風(fēng)洞中完成。風(fēng)洞橫截面為0.45 m×0.45 m。采用格柵生成均勻湍流。圖9給出了試驗的風(fēng)速剖面和湍流度剖面。模型頂部高度處的試驗風(fēng)速為10 m/s，湍流度為4.7%。

圖9 PIV試驗的風(fēng)速剖面和湍流度剖面Fig.9 Profiles of wind velocity and turbulent intensity in PIV experiment

PIV圖像采集系統(tǒng)由雙脈沖激光器、CCD相機(jī)、同步器和軟件處理系統(tǒng)組成。圖10(a)給出了主要的PIV試驗裝置。激光片尺寸為40 cm×40 cm，所拍攝照片像素為2 560×2 160 pixels，采樣頻率為5 Hz，采樣時長為40 s，每個工況采集200幀照片。本節(jié)所給出的云圖均為對200幀照片進(jìn)行平均化處理后的結(jié)果。

PIV試驗?zāi)Ｐ蛶缀慰s尺比為1 ∶ 1 250，尺寸為36 mm(B)×24 mm(D)×146.4 mm(H)。模型采用有機(jī)玻璃制作，為避免模型表面反光，對其表面進(jìn)行涂黑處理(見圖10(b))[15]。

圖10 PIV試驗布置Fig.10 PIV experimental facilities

為全面觀察CAARC模型背風(fēng)側(cè)流場特性，本次PIV試驗分別設(shè)置了水平可視化平面(X-Y平面)和豎直可視化平面(X-Z平面)，如圖11所示。不同平面內(nèi)的流場拍攝可通過轉(zhuǎn)換相機(jī)和激光器的相對位置予以實現(xiàn)。

圖11 PIV可視化平面設(shè)置Fig.11 Fields of view in PIV experiment

3.2 流場特性

由圖12可見，兩種風(fēng)向下，模型后部尾流中均出現(xiàn)顯著渦對，Kawai等[16]稱之為拱形渦。渦對的存在使得其周圍流體的速度方差和和速度相關(guān)系數(shù)均出現(xiàn)峰值(見圖13和圖14)。

表2給出了圖12～圖14中尾流渦對尺寸及其周圍流體的速度統(tǒng)計值。表中dx和dy分別為尾流渦對在X向和Y向的尺寸，均以旋渦最外圍的閉合流線為界限進(jìn)行測量(見圖12)；Max Sum (Var)為兩個方向速度方差和的最大值；Max Corr-coeff為兩個方向速度相關(guān)系數(shù)的最大值。

圖12 CAARC模型后部X-Y平面內(nèi)速度云圖(Z=1/2H)Fig.12 Velocity downstream of the CAARC model (X-Y plane, Z=1/2H)

圖13 CAARC模型后部X-Y平面內(nèi)速度方差和云圖(Z=1/2H)Fig.13 Sum of velocity variance downstream of the CAARC model (X-Y plane, Z=1/2H)

圖14 CAARC模型后部X-Y平面內(nèi)速度相關(guān)系數(shù)云圖(Z=1/2H)Fig.14 Correlation coefficient of velocity downstream of the CAARC model (X-Y plane, Z=1/2H)

表2 不同風(fēng)向下CAARC模型尾流渦對尺寸及其周圍流體速度統(tǒng)計值對比

由表2可見，相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下的渦對X向和Y向尺寸分別減小37%和35%；旋渦周圍流體速度方差和峰值減小38%；流體速度相關(guān)系數(shù)峰值減小14%。

根據(jù)圖12～圖14中的流場特征，推測不同風(fēng)向下CAARC模型整體阻力差異的產(chǎn)生原因。90°風(fēng)向下，尾流渦對尺寸的減小即意味著渦對中的流體摻混程度增加，部分渦量抵消，如此將降低模型的整體阻力[17]。此外，表2中的速度方差和與湍動能成正比，速度相關(guān)系數(shù)與雷諾應(yīng)力成正比[18]，而湍動能和雷諾應(yīng)力實質(zhì)上也是體現(xiàn)流場對于模型整體阻力影響的重要指標(biāo)[19]。相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下模型后部X-Y平面內(nèi)流場湍動能和雷諾應(yīng)力均減小，表明周圍流場對模型的影響減弱，而這也將降低模型的整體阻力(見表1)。

圖15進(jìn)一步給出了0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型尾流中順風(fēng)向平均流速(U)的分布曲線。

圖15 CAARC模型尾流中順風(fēng)向平均流速的分布曲線Fig.15 Distribution of time-averaged streamwise velocity downstream of the CAARC model

圖15(a)為尾流渦對中心線(y=0)上U的縱向分布曲線?？梢姡瑑煞N風(fēng)向下，隨著與模型距離的增加，U首先減小為負(fù)值(逆向流動)，負(fù)向峰值基本對應(yīng)尾流旋渦的中心；此后逐漸增大為正值。相比而言，0°風(fēng)向下模型后部的逆向流速更大，即尾流旋渦的抽吸作用更強(qiáng)。

圖15(b)為尾流中某選定直線(風(fēng)向0°：x=67 mm；風(fēng)向90°：x=50 mm)上U的橫向分布。兩種風(fēng)向下，U基本關(guān)于y=0(渦對中心線)對稱。在遠(yuǎn)離尾流旋渦處，U接近于來流風(fēng)速。當(dāng)靠近渦對中心線，U逐漸減??；在y=0處U達(dá)到最小值(負(fù)值)，此時出現(xiàn)逆向流動，剪切層和旋渦相互作用顯著。相比而言，0°風(fēng)向下渦對中心線附近逆流所占據(jù)范圍大于90°風(fēng)向的工況。

圖16對比了0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型尾流中橫風(fēng)向平均流速(V)的分布曲線。

圖16(a)給出了尾流中某選定直線(風(fēng)向0°：y=34 mm；風(fēng)向90°：y=30 mm)上V的縱向分布曲線。兩種風(fēng)向下，隨著與模型距離的增加，V首先減小為負(fù)值，負(fù)向峰值基本位于尾流旋渦的后端；此后，V基本呈現(xiàn)增大趨勢。圖16(b)為尾流中某選定直線(風(fēng)向0°：x=67 mm；風(fēng)向90°：x=35 mm)上V的橫向分布?？梢姡瑑煞N風(fēng)向下，V先后在正向和負(fù)向出現(xiàn)峰值，且正、負(fù)向峰值位置基本關(guān)于y=0(渦對中心線)對稱。

Oruc等認(rèn)為橫風(fēng)向流速V是體現(xiàn)尾流旋渦發(fā)展的重要參數(shù)，其將橫風(fēng)向流速歸因于剪切層之間的相互作用。這種相互作用促使本應(yīng)沿順風(fēng)向運動的流體粒子同時呈現(xiàn)橫風(fēng)向運動，導(dǎo)致橫風(fēng)向流速增加。根據(jù)圖16，0°風(fēng)向下，模型后部橫風(fēng)向流速V在大部分區(qū)域均大于90°風(fēng)向的工況，這意味著模型后部流體橫風(fēng)向運動劇烈，流場湍動能和雷諾應(yīng)力增加，從模型兩側(cè)脫落的旋渦呈現(xiàn)較強(qiáng)的相互作用，如此將增大模型的整體升力(見表2)。

圖16 CAARC模型尾流中橫風(fēng)向平均流速的分布曲線Fig.16 Distribution of time-averaged transverse velocity downstream of the CAARC model

綜上，表3總結(jié)了0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型尾流中順風(fēng)向和橫風(fēng)向平均流速的變化趨勢及其對模型整體風(fēng)力所產(chǎn)生的影響。

表3 CAARC模型尾流中順風(fēng)向和橫風(fēng)向平均流速的變化趨勢總結(jié)

為完整體現(xiàn)CAARC模型背風(fēng)側(cè)流場特性，圖17給出了兩種風(fēng)向下，CAARC模型后部X-Z中線平面內(nèi)的速度云圖。圖中同時給出了速度流線?？梢?，0°風(fēng)向下，頂部分離剪切層的卷吸作用使得模型后部X-Z平面內(nèi)形成顯著旋渦。90°風(fēng)向下，由頂部分離的剪切層部分在頂部再附，二次分離的剪切層未在模型后部卷吸形成完整的回流區(qū)域?？梢酝茰y，背風(fēng)側(cè)豎直面內(nèi)旋渦的抽吸作用是增大0°風(fēng)向下模型整體阻力的又一誘因。

4 主體結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)

本節(jié)基于剛性模型風(fēng)洞測壓試驗結(jié)果和結(jié)構(gòu)動力特性，采用Newmark-β法計算0°和90°風(fēng)向下CAARC模型風(fēng)振響應(yīng)。計算模型幾何尺寸為45.72 m(B)×30.48 m(D)×182.88 m(H)。參考已有文獻(xiàn)選取結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)：自振頻率為0.2 Hz，阻尼比為0.01，模型平均密度約為300 kg/m3?？紤]結(jié)構(gòu)前三階基本振型(線性振型)。假設(shè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛心重合。下文所列結(jié)構(gòu)響應(yīng)均意指樓層質(zhì)心部位。

圖17 CAARC模型后部X-Z平面內(nèi)速度云圖(Y=0)Fig.17 Velocity downstream of the CAARC model (X-Z plane, Y=0)

4.1 位移響應(yīng)

由圖18和圖19可見：

(1) 兩種風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)頂部位移均隨折減風(fēng)速的增加而增大：順風(fēng)向平均位移和均方根位移分別與折減風(fēng)速的2次和2.4次冪成正比；橫風(fēng)向位移與折減風(fēng)速的3次方成正比。

(2) 0°風(fēng)向下，順風(fēng)向較弱剛度使得結(jié)構(gòu)頂部順風(fēng)向平均位移的增長速率高于橫風(fēng)向位移；隨著折減風(fēng)速增大，兩者差異逐漸減小。90°風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向位移的增長速率始終高于順風(fēng)向位移。

(3) 相比而言，90°風(fēng)向下結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向位移隨折減風(fēng)速的增長更快，增幅約為0°風(fēng)向時橫風(fēng)向位移增幅的2倍。

4.2 加速度響應(yīng)

圖20給出了0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型頂部加速度隨折減風(fēng)速的變化曲線及其擬合方程。圖中σacc, x和σacc, y分別為X向和Y向的加速度；其余符號定義同圖18和圖19。

圖18 CAARC模型頂點位移隨折減風(fēng)速的變化(風(fēng)向0°)Fig.18 Top displacements of the CAARC model as a function of reduced velocity (wind direction of 0°)

圖19 CAARC模型頂點位移隨折減風(fēng)速的變化(風(fēng)向90°)Fig.19 Top displacements of the CAARC model as a function of reduced velocity (wind direction of 90°)

圖20 CAARC模型頂點加速度隨折減風(fēng)速的變化Fig.20 Top accelerations of the CAARC model as a function of reduced velocity

由圖20可得如下結(jié)論：

(1) 兩種風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)頂部加速度均隨折減風(fēng)速的增加而增大，其中順風(fēng)向加速度擬合方程的冪分別為2.479(風(fēng)向0°)和2.643(風(fēng)向90°)；橫風(fēng)向加速度擬合方程的冪均為3.5。

(2) 0°風(fēng)向下，當(dāng)折減風(fēng)速UH/n0B<6時，結(jié)構(gòu)頂部順風(fēng)向加速度的增長速率略高于橫風(fēng)向加速度；當(dāng)折減風(fēng)速UH/n0B>6時，橫風(fēng)向加速度的增長速率反超順風(fēng)向加速度。90°風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向加速度的增長速率始終高于順風(fēng)向加速度。

(3) 相比而言，90°風(fēng)向下結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向加速度的增長更快，增幅約為0°風(fēng)向時橫風(fēng)向加速度增幅的2.6倍。

5 結(jié) 論

本文通過風(fēng)洞測壓試驗、PIV試驗和動力響應(yīng)計算，對比了0°和90°風(fēng)向下，CAARC模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓、模型后部流場特性及主體結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)。所得主要結(jié)論如下：

(1) 關(guān)于風(fēng)壓特性，兩種風(fēng)向下，CAARC模型表面風(fēng)壓分布的較大差異主要存在于側(cè)風(fēng)面。0°風(fēng)向下，側(cè)風(fēng)面平均吸力趨于均勻分布，強(qiáng)烈脈動風(fēng)壓位于底部迎風(fēng)角點和背風(fēng)邊緣附近。90°風(fēng)向下，側(cè)風(fēng)面平均吸力呈現(xiàn)明顯的變化梯度，強(qiáng)烈脈動風(fēng)壓集中在始于底部迎風(fēng)角點的瓣狀區(qū)域內(nèi)。相比于0°風(fēng)向，90°風(fēng)向下CAARC模型平均和脈動阻力分別減小18%和7%；整體升力減小35%；整體扭矩增大56%。

(2) 關(guān)于流場特性，兩種風(fēng)向下，CAARC模型背風(fēng)側(cè)水平面內(nèi)均出現(xiàn)顯著渦對。相比而言，0°風(fēng)向下，渦對尺寸較大，逆向流速較高，抽吸作用較強(qiáng)；渦對周圍流體橫風(fēng)向運動劇烈，兩側(cè)脫落旋渦相互作用顯著。在模型背風(fēng)側(cè)豎直面內(nèi)，僅0°風(fēng)向下出現(xiàn)顯著旋渦。背風(fēng)側(cè)旋渦強(qiáng)烈的抽吸作用及其周圍劇烈的流體橫風(fēng)向運動是導(dǎo)致0°風(fēng)向下模型整體阻力和升力較大的主要原因。

(3) 關(guān)于風(fēng)振響應(yīng)(位移和加速度)，兩種風(fēng)向下，CAARC模型頂部順風(fēng)向響應(yīng)與折減風(fēng)速的2～2.6次冪成正比；橫風(fēng)向響應(yīng)與折減風(fēng)速的3～3.5次冪成正比。0°風(fēng)向下，隨著折減風(fēng)速的增大，結(jié)構(gòu)順風(fēng)向與橫風(fēng)向響應(yīng)增長速率的差異減小，橫風(fēng)向響應(yīng)甚至反超順風(fēng)向響應(yīng)。90°風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向響應(yīng)突出。相比而言，90°風(fēng)向下，結(jié)構(gòu)頂部橫風(fēng)向位移和加速度隨折減風(fēng)速的增幅分別為0°風(fēng)向下的2倍和2.6倍。