千米级超高层建筑气动及气弹性能研究

随着经济的飞速发展，城市土地资源日益稀缺，我国对超高层建筑的社会需求越来越强烈。近年来，全国范围内计划建造的超高层建筑数量激增，同时其高度也在不断突破。与以往重点关注的400米量级的超高层建筑相比，千米级超高层建筑风致效应问题更为突出和复杂，工程实践急需解决该类超高层建筑抗风设计的关键科学技术问题。在此背景下，围绕千米级超高层建筑的气动和气弹性能进行了研究，取得的主要成果及意义如下。 （1）对北京城市中心区的风场进行了连续5年的长期观测（2013-2017年），研究了大气稳定度对风场特征的影响；从边界层理论出发，重新定义了大气边界层，得到了包括内层、外层的季风型良态风场模型，将适用高度延伸至数千米，为工程实践提供了重要理论基础。 （2）成功测得2013年超强台风“苏力”和台风“潭美”，进一步揭示了台风风场特性；研发了拐点型风场被动模拟装置，首次在风洞实验室成功模拟台风型拐点风场，为研究台风气候条件下风敏感结构的抗风性能提供了重要试验工具。 （3）完成了4种季风型良态风场、2种台风型拐点风场条件下，5种高度、5种长细比的千米级超高层建筑气动性能风洞试验，系统研究了风场、高度、长细比对千米级超高层建筑气动性能的影响；引入POD、ICA等随机场分解方法，对超高层建筑风荷载作用机制进行了识别。 （4）研发了细长型结构底部一维、二维弹性支撑气弹试验平台，并通过电磁装置实现阻尼的连续可调，为系统研究超高层建筑气弹效应提供了重要实验平台；完成了千米级超高层建筑气动性能风洞试验，系统研究了不同条件下， Sc数对千米级超高层建筑气弹性能的影响。 （5）采用数值分析和物理试验相结合的方法，对千米级超高层建筑风速全过程风致效应进行了研究，得到了风致位移响应、加速度响应；研究了结构参数，特别是高阶振型对千米级超高层建筑风振效应的影响，为该类结构的抗风设计提供了重要参考。 2100433B

千米级超高层建筑抗风性能研究是风工程领域的全新挑战，涉及风场特性、结构风致效应与风振控制、风洞试验方法等诸多基础性科学问题，本项目结合气动措施，选取其中最为关键的风致气动、气弹性能为主要内容，开展研究工作。在合作者Yukio Tamura教授的指导下，选取截面沿高度锥形化、缩进、螺旋的气动措施，通过刚性模型同步测压风洞试验与刚性模型弹性支撑气弹风洞试验确定千米级超高层建筑三维气动力、气动阻尼比、气弹失稳临界风速等关键参数，并在上述试验中着重考察大气边界层高度、长细比的影响，获得千米级超高层建筑气动、气弹特征以及一般性规律，选取合适的气动措施。在此基础上，进行千米级超高层建筑风速全过程结构响应分析，获得结构响应随风速的变化特征，考察结构参数，特别是高阶振型的影响。完成集聚质量模型气弹风洞试验，验证分析结果的可靠性。

《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》针对千米级斜拉桥结构体系、性能和设计方法等问题，以主跨1088m苏通大桥为基础，拓展到主跨1308m、1500m、1800m等跨度的千米级斜拉桥，研究了千米级斜拉桥设计理论和方法、结构体系与关键参数、风作用特性与结果响应、抗震设计、船舶撞击作用和设计方法、汽车作用下结构性能、弹塑性稳定性能、极端作用特性及设计方法等。《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》系统解决了千米级斜拉桥设计理论、方法、参数、标准方面关键问题，可为同类桥型的建设提供参考和借鉴。

《千米级斜拉桥:结构体系、性能与设计》可供从事桥梁设计、施工及相关研究人员阅读，也可供高等学校相关专业研究生和高年级本科生阅读。

1 斜拉桥跨径发展和关键问题

1.1 斜拉桥的发展历程

1.2 斜拉桥基本结构体系

1.3 斜拉桥跨径发展的性能演变

1.4 千米级斜拉桥设计的关键问题

2 千米级斜拉桥设计理论与方法

2.1 寿命周期设计理论和基本过程

2.2 基于性能的设计方法及其应用

2.3 极端作用及其组合设计方法

3 千米级斜拉桥结构体系与关键参数影响

3.1 千米级斜拉桥合理结构体系

3.2 千米级斜拉桥关键参数影响分析

3.3 千米级斜拉桥结构方案设计

4 千米级斜拉桥风作用特性及结构响应

4.1 斜拉索静风风荷载特性研究

4.2 桥塔气动力研究

4.3 非线性静动力响应研究

4.4 千米级斜拉桥风荷载及合理体系研究

4.5 千米级斜拉桥风致振动响应特性试验研究

4.6 千米级斜拉桥安全行车风速

5 千米级斜拉桥抗震设计

5.1 国内外桥梁抗震设计规范比较研究

5.2 部分已建大跨度缆索支撑桥梁的抗震设计

5.3 千米级斜拉桥的地震反应特性及简化计算

5.4 跨度增大对千米级斜拉桥地震反应的影响

5.5 群桩基础的非线性地震反应分析

6 千米级斜拉桥船舶撞击作用和设计方法

6.1 大跨径桥梁船撞事故

6.2 船撞作用下非线性动力响应特性

6.3 船撞力实用计算方法

7 千米级斜拉桥在汽车作用下的结构性能

7.1 各国规范汽车作用比较研究

7.2 汽车活载计算分析方法适用性分析

7.3 千米级斜拉桥汽车作用非线性响应特性

7.4 千米级斜拉桥汽车作用简化计算方法

7.5 千米级斜拉桥车辆动力放大系数

8 千米级斜拉桥弹塑性稳定性能研究

8.1 桥梁稳定问题及其分析方法

8.2 千米级斜拉桥弹性稳定分析

8.3 千米级斜拉桥弹塑性稳定特性

8.4 弹塑性稳定安全系数的合理取值

9 千米级斜拉桥极端作用特性及设计方法

9.1 千米级斜拉桥抗火设计

9.2 千米级斜拉桥拉索系统强健性设计

9.3 千米级斜拉桥龙卷风作用设计

参考文献2100433B

内容简介

本书对高度达千米级别的超高层建筑的建筑形式进行了探索和总结，内容共分8章，分别是：绪论、千米级摩天大楼功能研究、千米级摩天大楼建筑形式研究、千米级摩天大楼建筑消防体系研究、千米级超高层建筑材料与构造研究、千米级摩天大楼客用垂直交通系统研究、千米级摩天大楼建筑节能体系研究、千米级摩天大楼设计方案。本书的研究成果比较前沿，其中关于超高层建筑中采用的消防体系、建筑形式等的研究结论，对于我国将来建设更高高度的超高层建筑具有参考意义。

本书适用于建筑设计、研究、管理人员参考使用，也可作为相关专业大中专院校师生学习参考书。 2100433B