大深宽比矩形平面超高层建筑气动荷载特性的精细研究.pdf

摘要

随着建筑高度的不断突破和现代新型材料的推广应用，高层建筑结构趋向高柔、低

阻尼方向发展，风荷载作为其水平方向控制性荷载的重要性也愈加突出。超高层住宅建

筑往往设计成建筑长度明显大于宽度的板式形式，更是成为了柔性的风敏感结构。然而

根据规范GB50009-2012，当高层建筑具有较大深宽比（D/B）时，所建议的横风向风致

响应较为保守，易在设计过程超限，需进一步研究。本文在2类地貌（B、C类）中对

28种原型高度200m的超高层建筑进行了风洞试验，针对其中10种矩形平面工况展开

研究，分析了深宽比、湍流度等因素对横风向气动力谱的影响，着重考察了不同深宽比

矩形平面建筑的谱特性，拟合气动力谱并分析误差；基于遗传算法（GA）和误差反向

传播（BP）神经网络相结合的GA-BP神经网络建立了横风向气动力预测模型并与BP

模型对比；编写了风荷载计算软件用于横风向风荷载与风致响应计算，并将公式拟合、

GA-BP神经网络与试验气动力及风致响应结果对比，评估出两种拟合方法的适用性及可

行性，最后与规范结果对比，并提出了相应的简化修正方法。得到的主要结论如下：

（1）深宽比对横风向气动力的影响显著。当D/B＜1/1.5时，横风向气动力谱峰值

随D/B增大而增大，谱峰带宽则随之减小；当D/B=3时，高频段出现稳定再附峰。湍流

度对横风向气动力的影响次之。随湍流度增大，横风向气动力减小、谱峰带宽变宽、谱

峰对应频率左移。

（2）本文拟合公式在D/B＜1.5时表现更佳，而GA-BP模型则在D/B＞2.5时更能

良好表现出再附峰等复杂变化，且GA-BP模型更灵活细致，大体上要优于本文拟合公

式的结果。而和BP模型相比，GA-BP模型收敛速度快、泛化能力强、建模精度更高，

能够合理预测未参与建模的气动力谱。

（3）GA-BP模型的和风洞数据直接计算的横风向风致荷载结果非常接近，本文拟

合公式结果相比GA-BP模型整体趋势相似、局部偏差略大，但两者都可以较准确、合

理地估算结构的横风向风荷载。

（4）本文提出的简化修正方法可以使规范计算结果在不适用的2＜D/B≤5范围与

模型结果偏差减小，同时便于规范应用，具有一定参考价值。

关键词：超高层建筑；横风效应；风洞试验；神经网络；遗传算法

I

Abstract

Withthecontinuousbreakthroughofbuildingheightandthepopularizationand

applicationofmodernnewmaterials,high-risebuildingstructurescontinuetodevelopinthe

directionofhighflexibilityandlowdamping.Asthehorizontalcontrolload,windloadhas

becomemoreimportant.Superhigh-riseresidentialbuildingsareoftendesignedasplate

typeswithbuildinglengthsignificantlygreaterthanwidth,andbecomeflexible

wind-sensitivestructures.However,accordingtotheCodeGB50009-2012,whentheslab

superhigh-risebuildinghasalargesideratio(D/B),therecommendedacross-windresponse

isrelativelyconservative,whichisalsoeasytoexceedthelimitinthedesignprocess,and

furt