超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

方案，一定程度上减小了建筑物侧面的流动分离现象.

图10～12给出了0°风向角下从Z=150 m高度处的流线尾迹图和涡量图，对比发现：1）单体工况主楼后方的近尾流区域涡旋扁平，远尾流的影响距离也较短；建筑物表面尾流涡旋较多，涡旋尺度更细碎，导致涡旋强度较大.干扰工况下，施扰建筑的存在导致尾流分布呈现出明显的三维特征，尾流涡旋较少，再附着现象并不明显，近尾流区域的湍流特征将导致结构平均风压和脉动风压的减小（图17，18）；2）子楼的存在导致超高层三塔连体建筑下游区域产生更长的尾流涡旋区，与单体工况形成的尾流差异很大，不能忽视子楼对周边建筑造成的影响.

180°风向角下Z=150 m高度处X-Y平面流线尾迹图和涡量图如图13，14所示，由图可知：1）在建筑物两侧产生明显的流动分离，在分离泡形成离散的涡旋，并脱落到建筑下方的尾流.同时上游建筑尾流边界受到施扰建筑干扰，导致漩涡中存在较大的逆压梯度，在气流分离处会产生较大的负压影响；2）180°风向角下，子楼的存在对主楼的来流湍流不大，而特征湍流差异明显，导致主楼周围风速、涡量及风压的增大.

3.3 风压分布特性

图15给出了0°风向角下主楼正迎风面部分测点的风压系数时程曲线，其中C63，C48和C33测点分别位于正迎风面100，160和220 m高度处中点位置.由图可知：1）干扰工况下主楼受到明显的遮挡效应影响，测点所受风压较单体工况小；2）在施扰建筑高度（Z=150）以下，遮挡效应较为明显，两种工况主楼风压系数相差较大；施扰建筑高度处，仍有明显的干扰且会产生较大的风压脉动；主体结构在施扰建筑高度以上，受上升气流的影响（图10）遮挡效应明显减弱.

180°风向角下主楼部分测点的风压时程曲线如图16所示，其中A48和C48点分别位于迎风面和背风面160 m高度处中点位置.分析可知：1）当施扰建筑处于受扰建筑的下游时，施扰建筑对于风压系数均值和根方差仍有不可忽略的影响，原因是上游建筑尾流边界受到施扰建筑干扰（图12）[13]；2）下游施扰建筑物对上游高层建筑会产生风压放大的干扰影响.

图17，图18分别给出了0°风向角下表面平均风压和脉动风压分布.由图可知：1）两种工况下建筑物表面的平均风压分布规律比较一致，子塔的存在对主楼平均风压起到有利的“遮挡作用”；2）对比单体和干扰工况下正迎风面的脉动风压，在100～220 m高度范围内，干扰工况由于子塔的尾流影响导致主楼的脉动风压明显大于单体工况；3）由于建筑物屋顶采用阶梯型造型和裙楼的影响使得塔楼顶部和下部存在剧烈的流动分离和频繁的漩涡脱落现象，导致此处脉动风压较大，需引起重视；4）来流风在建筑物的两侧产生较强的流动分离现象，导致建筑物角部负压明显且变化较快.

180°风向角下超高层三塔连体建筑表面的平均风压和脉动风压分布如图19，图20所示.干扰工况下，主楼表面平均风压大于单体工况；主楼在150 m高度（施扰建筑高度）附近会产生剧烈的横风向共振效应，这种气动增强现象是由施扰建筑塔顶处存在的交替变化的回流所致，由此可见即使当施扰建筑处于受扰建筑物下游时仍需重视其对受扰建筑的风压干扰，尤其在施扰建筑总高度附近.

4 结 论

1）基于LES方法对超高层三塔连体建筑进行数值模拟，并与风洞试验结果进行对比验证了数值方法的准确性.

2）施扰建筑处于受扰建筑上游时，两种工况下超高层三塔连体建筑主塔周围风场存在较大差别，干扰工况下风场的流动分离区域较长，单体工况下随机涡旋较密集，风压脉动较大；施扰建筑的存在导致尾流分布呈现出明显的三维特征.结果表明此超高层三塔连体建筑的多塔干扰对主塔结构抗风设计存在有利的“遮挡效应”，此时来流湍流相比特征湍流起主导作用.

3）施扰建筑处于受扰建筑下游时，特征湍流的作用明显，下游建筑对上游高层建筑会产生风压放大作用，不能忽视下游建筑造成的“峡谷效应”和尾流干扰效应.

4）由于施扰建筑的存在将导致建筑物下游区域存在更长的尾流涡旋区.由此提出在密集大型商业圈的超高层多塔连体结构旁新建其他超高层建筑时，在满足其他技术条件的情况下仍需考虑超高层多塔连体结构尾流的不利影响，间距不能太小.

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