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    風(fēng)場和周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響

    2014-09-27 14:14:32李正農(nóng)康建彬
    關(guān)鍵詞:干擾風(fēng)洞試驗(yàn)高層建筑

    李正農(nóng)+康建彬

    文章編號:16742974(2014)04007809

    收稿日期:20130420

    基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91215302,51178180,51278190)

    作者簡介:李正農(nóng)(1962-),男,湖北武漢人,湖南大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師

    通訊聯(lián)系人,Email:zhn88@263.net

    摘要:通過風(fēng)洞測壓實(shí)驗(yàn),研究了風(fēng)場類型及周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響.研究結(jié)果表明:風(fēng)場類型對高層建筑峰值風(fēng)壓有著較大影響,當(dāng)高層建筑周邊環(huán)境不變(有或者無周邊干擾)時,絕大多數(shù)情況下,不同場地類別的峰值風(fēng)壓系數(shù)由大到小依次是B類,C類,D類.周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響不僅與周邊建筑的相對位置有關(guān),還與高層建筑當(dāng)時所處的風(fēng)場類型有關(guān),如當(dāng)南立面為迎風(fēng)面時,干擾建筑E,F(xiàn)位于南立面斜前方,表現(xiàn)為遮擋效應(yīng),絕大多數(shù)測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,B類場地時其最大減小幅度可達(dá)43%,C類場地時可達(dá)37%,D類場地時可達(dá)46%.

    關(guān)鍵詞:高層建筑;峰值風(fēng)壓;風(fēng)洞試驗(yàn);風(fēng)場類型;干擾

    中圖分類號:TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

    InfluenceofTerrainCategoriesandSurroundingInterference

    onthePeakPressureofHighriseBuildings

    

    LIZhengnong,KANGJianbin

    (KeyLaboratoryofBuildingSafetyandEnergyEfficiencyofEducation,HunanUniv,Changsha,Hunan410082,China)

    Abstract:Basedonthepressuremeasurementtestsofwindtunnelexperiments,thispaperdiscussedtheimpactsofdifferenttypesofterrainandsurroundinginterferenceforpeakwindpressureonthehighrisebuildings.Theresultsshowthatdifferenttypesofterrainhaveagreatimpactonthepeakpressuresofhighrisebuildings.Whenthesurroundingenvironmentofhighrisebuildingsremainsunchanged,thepeakpressurecoefficientsofdifferenttypesofterrainarefollowedbyB,CandDfromlargetosmallinmostcases.Thepeakpressureimpactofhighrisebuildingsisnotonlyrelatedtotherelativepositionofthesurroundingbuildings,butalsotothetypeofterrainahighrisebuildingatthetime.Forexample,ifthesouthfacadeisthewindsurfaceandinterfersbuildingsEandFlocateddiagonallyinfrontofthesouthfacade,itperformsashieldingeffect.Inthiscase,thevastmajorityofthepeakpressurecoefficientsobtainedintheterraincategoryofB,CandDarereduceddifferentlyinthevastmajorityoftestpointswithamaximumdecreaseof43%,37%and46%respectively.

    Keywords:highrisebuildings;peakwindpressure;windtunnels;terraincategory;interference

    

    近年來,干擾問題成為建筑風(fēng)工程研究的熱點(diǎn)[1-4].韓寧,謝壯寧等[5-8]對2個高層建筑物的干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:受擾建筑所受的干擾與施擾建筑的相對位置以及形狀有關(guān),當(dāng)施擾建筑與受擾建筑串列或斜列布置時,施擾建筑對受擾建筑的迎風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面的局部位置表現(xiàn)為遮擋效應(yīng).李壽英,謝壯寧等[9-10]對群體建筑物的干擾效應(yīng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:2個施擾建筑對受擾建筑的協(xié)同干擾作用大于單個施擾建筑的干擾作用,當(dāng)施擾建筑位于受擾建筑左、右或下游時,受擾建筑背風(fēng)面的風(fēng)壓將顯著增大.

    目前,已有文獻(xiàn)大多是針對某一特定風(fēng)場情況下周邊建筑物的干擾效應(yīng)進(jìn)行研究,但對高層建筑(有或者無周邊建筑物干擾)在風(fēng)場類型變化時峰值風(fēng)壓變化規(guī)律以及不同風(fēng)場情況下周邊建筑物的干擾效應(yīng)的研究相對較少.本文通過對某一高層建筑縮尺模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,研究了高層建筑(有或者無周邊建筑物干擾)在風(fēng)場類型變化時的峰值風(fēng)壓變化規(guī)律以及B,C,D3類風(fēng)場情況下周邊建筑物對高層建筑的干擾效應(yīng).

    1實(shí)驗(yàn)概況及數(shù)據(jù)處理

    實(shí)驗(yàn)在湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室的HD3大氣邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行.

    1.1實(shí)驗(yàn)概況

    某高層建筑原型截面尺寸為長69m,寬39m,高235m,模型采用1∶300的比例尺,縮尺后其建筑模型的截面尺寸為長230mm,寬130mm,高783mm.

    沿模型豎向20個不同高度布置20層測點(diǎn),A~Q層為建筑外墻層,每層布置28個測點(diǎn),R層、S層、T層為幕墻層,內(nèi)外雙面布點(diǎn),R層內(nèi)外各布置23個測點(diǎn),S層、T層內(nèi)外各布置16個測點(diǎn),共586個測點(diǎn),其中A,I,Q層測點(diǎn)所處高度就建筑原型而言分別為9.3,104.2,204.8m,就模型而言分別為31,347,682mm.模型圖及測點(diǎn)布置如圖1所示.由圖1可以看出,高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)層(高度大于30m)與非標(biāo)準(zhǔn)層平面并不是完全對稱.圖2給出了標(biāo)準(zhǔn)層和非標(biāo)準(zhǔn)層平面圖.依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[11],在HD3大氣邊界層風(fēng)洞中采用格柵、尖劈、擋板和粗糙元等裝置模擬了B,C,D3類風(fēng)場,各類風(fēng)場的風(fēng)剖面及湍流度如圖3所示.圖4給出了3類風(fēng)場的風(fēng)剖面及湍流度.需要說明的是圖4和圖3的主要區(qū)別在于:圖3是對模擬風(fēng)場的客觀描述,圖4側(cè)重于比較各類風(fēng)場的風(fēng)剖面和湍流度,由于不同風(fēng)場梯度風(fēng)高度處風(fēng)速相同,為便于對比,圖4(a)中將各類風(fēng)場梯度風(fēng)高度處風(fēng)速均取為1.每類風(fēng)場均測量24個風(fēng)向角條件下高層建筑模型的風(fēng)壓分布,風(fēng)向角間隔為15°.以原有建筑總圖分布的北向來風(fēng)定義為0°風(fēng)向角,測壓信號采樣頻率為312.5Hz,每個測點(diǎn)采集10000個數(shù)據(jù).風(fēng)向角示意圖如圖5所示,其中建筑物GCJZ即為本文研究對象.

    由于建筑物GCJZ西立面干擾建筑較多、干擾較強(qiáng)并且復(fù)雜,北立面干擾建筑較矮、干擾較小,東立面無干擾建筑,這些立面均不利于進(jìn)行干擾分析.而南立面干擾建筑物的高度和數(shù)量適中,比較有利于研究周邊狀況對于建筑物的干擾,故本文選取建筑物GCJZ南立面來進(jìn)行分析,幕墻層(R至T層)不予考慮.

    (a)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)P蛨D

    (b)測點(diǎn)布置圖

    圖1風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)P图皽y點(diǎn)布置圖

    Fig.1Thewindtunneltestsmodel

    andmeasuringpointarrangement

    

    圖2標(biāo)準(zhǔn)層和非標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

    Fig.2Standardandnonstandardfloorplanlayer

    圖3B,C,D3類風(fēng)場風(fēng)剖面及湍流度

    Fig.3ThewindprofileandturbulenceintensityofterraincategoriesB,CandD

    

    圖4各類風(fēng)場風(fēng)剖面與湍流度比較

    Fig.4Comparisonofwindprofileandturbulence

    intensityofterraincategoriesBandC,D

    

    圖5風(fēng)向角示意圖

    Fig.5Winddirectionillustrations

    

    為簡化表述,若無特別說明,下文中所出現(xiàn)高層建筑皆代表建筑物GCJZ(即本文所研究對象),南立面均代表建筑物GCJZ的南立面,測點(diǎn)均代表建筑物GCJZ南立面的測點(diǎn),B(C,D)類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)代表B(C,D)類風(fēng)場情況下南立面測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù).

    1.2數(shù)據(jù)處理

    根據(jù)建筑物表面基本風(fēng)壓特征,第i號測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)可按照以下公式計算:

    vT,j=HG,j/Zrαjvr,j.(1)

    式中:vT,j為j類風(fēng)場所對應(yīng)的梯度風(fēng)高度處的平均風(fēng)速;j(B,C,D)表示風(fēng)場類型;Zr為參考點(diǎn)高度;vr,j為j類風(fēng)場下參考高度處的平均風(fēng)速,本次風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)參考高度統(tǒng)一為0.8m,對應(yīng)實(shí)際高度為240m;HG,j和αj分別為j類風(fēng)場所對應(yīng)的梯度風(fēng)高度和平均風(fēng)剖面冪函數(shù)指數(shù).因?yàn)楦黝愶L(fēng)場下基于梯度風(fēng)高度的參考風(fēng)壓是一致的,為便于對比,本文所求風(fēng)壓系數(shù)皆以對應(yīng)風(fēng)場下梯度風(fēng)高度的風(fēng)壓為參考風(fēng)壓.

    Pmean,i,j=i,j-

    SymboleB@

    ,i,j0.5ρ(vT,j)2,(2)

    CPrms,i,j=σprms,i,j0.5ρ(vT,j)2.(3)

    式中:i為測點(diǎn)編號;i,j和

    SymboleB@

    ,i,j分別為j類風(fēng)場下i號測點(diǎn)風(fēng)壓時域信號平均值與靜壓時域信號平均值;0.5ρvT,j為j類風(fēng)場所對應(yīng)的梯度風(fēng)高度處的參考風(fēng)壓;σprms,i,j為j類風(fēng)場i號測點(diǎn)的脈動風(fēng)壓;Pmean,i,j和CPrms,i,j分別為j類風(fēng)場下i號測點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù).

    P,i,j=Pmean,i,j+kCPrms,i,j,Pmean,i,j≥0,

    Pmean,i,j-kCPrms,i,j,Pmean,i,j<0.(4)

    式中:P,i,j為j類風(fēng)場下i號測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù);k為峰值因子.本文主要討論風(fēng)場類別和周邊干擾對峰值風(fēng)壓的影響,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[12],為簡化計算,干擾因子統(tǒng)一取為3.5.

    2峰值風(fēng)壓特性

    為更好地研究風(fēng)場類型和周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響,本文選取了高層建筑除幕墻層外的底層測點(diǎn)A層,中間層測點(diǎn)I層和頂層測點(diǎn)Q層測點(diǎn)以及南立面對稱軸測點(diǎn)(即4號測點(diǎn))的峰值風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行分析.

    2.1無周邊建筑物干擾時不同風(fēng)場情況下南立面峰值風(fēng)壓對比分析

    圖6為無周邊建筑物干擾時南立面A,I和Q層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù),圖7為無周邊建筑干擾時南立面A~Q層4號測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù).

    從圖6和圖7可以看出,當(dāng)高層建筑物無周邊建筑物干擾,風(fēng)場類型變化時,該建筑物南立面的峰值風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律如下:

    在0°風(fēng)向角作用下,南立面處于背風(fēng)面,峰值風(fēng)壓系數(shù)為負(fù);就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的122%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的109%;就測點(diǎn)所處高度而言,峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中

    圖6無周邊建筑干擾時南立面A,I和Q層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.6Noperipheralinterferencethepeakwindpressurecoefficientdistributionchart

    ofeachmeasuringpointofAIandQlayeronthesouthfacade

    圖7無周邊建筑物干擾時南立面A~Q層4號測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.7NoperipheralinterferenceNo.4measuringpointpeakwindpressurecoefficient

    distributionchartofA~Qlayeronthesouthfacade

    

    間略小于兩端;就同一水平位置而言,同層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)變化不大.

    在90°風(fēng)向角作用下,南立面處于側(cè)風(fēng)面,峰值風(fēng)壓系數(shù)為負(fù).就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的129%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的141%,且隨著高度的升高,兩類風(fēng)場之間峰值風(fēng)壓系數(shù)的差值逐漸減?。蜏y點(diǎn)所處高度而言,峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中間大兩端?。屯凰轿恢枚裕珹層和Q層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值隨著氣流流動的方向逐漸減小,I層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)表現(xiàn)為中間大于兩邊.

    在180°風(fēng)向角作用下,南立面處于迎風(fēng)面,但是由于高層建筑部分邊緣測點(diǎn)受漩渦脫落的影響,峰值風(fēng)壓系數(shù)有正有負(fù).就風(fēng)場類型而言,160m高度(高層建筑高度的2/3)以下,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C,D兩類風(fēng)場,最大可為C,D兩類風(fēng)場條件下的127%,C,D兩類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)較為接近,相差在8%以內(nèi),160m高度以上,D類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于B類風(fēng)場,最大可為B類風(fēng)場條件下的112%,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的106%.就測點(diǎn)所處高度而言,隨著測點(diǎn)所在高度的升高,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)先增大后減小,增大幅度最大的為D類風(fēng)場,達(dá)到了73%,增大幅度最小為B類風(fēng)場,為26%,由于峰值風(fēng)壓的大小主要受平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓的影響,因此各類風(fēng)場的風(fēng)剖面及湍流度沿高度的變化(如圖3所示)是造成此現(xiàn)象的主要原因.就同一水平位置而言,同層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)表現(xiàn)為中間大于兩邊.

    在270°風(fēng)向角作用下,南立面處于側(cè)風(fēng)面,峰值風(fēng)壓系數(shù)為負(fù),其分布規(guī)律與90°(側(cè)風(fēng)面)風(fēng)向角作用下存在差別,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面具有不對稱性,高層建筑東立面外型上存在明顯突變,而西立面不存在明顯突變.當(dāng)風(fēng)向角為90°時(側(cè)風(fēng)面),風(fēng)從東立面吹來,當(dāng)風(fēng)向角為270°時(側(cè)風(fēng)面),風(fēng)從西立面吹來,迎風(fēng)面的寬度并不相同(具體參見圖1,圖2和圖5),氣流繞側(cè)風(fēng)面的流動規(guī)律也不一致.從而導(dǎo)致90°和270°風(fēng)向角作用時,其測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律并不一致.就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C,D兩類風(fēng)場,最大可為C,D兩類風(fēng)場條件下的153%,90m高度(高層建筑高度的3/8)以下,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的121%,90m高度以上,D類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的106%.就測點(diǎn)所處高度而言,表現(xiàn)為中間大于兩端.就同一水平位置而言,A層和Q層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值隨著氣流流動的方向逐漸減小,I層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)表現(xiàn)為中間大于兩邊.

    2.2有周邊建筑干擾時不同風(fēng)場情況下南立面峰值風(fēng)壓對比分析

    圖8為有周邊建筑物干擾時南立面A,I和Q層測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù),圖9為有周邊建筑物干擾時南立面4號測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù).周邊干擾建筑具體布置情況如圖1和圖5所示.

    就單個圖形而言,圖中點(diǎn)從左到右依次為南立面1~7號測點(diǎn)

    圖8有周邊建筑干擾時南立面A,I和Q層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.8Withperipheralinterferencethepeakwindpressurecoefficientdistributionchart

    ofeachmeasuringpointofAIandQlayeronthesouthfacade

    圖9有周邊建筑干擾時南立面A~Q層4號測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.9WithperipheralinterferenceNo.4measuringpointpeakwindpressurecoefficient

    distributionchartofA~Qlayeronthesouthfacade

    

    從圖8和圖9可以看出,當(dāng)高層建筑有周邊建筑物干擾,風(fēng)場類型變化時,該建筑物南立面的峰值風(fēng)壓系數(shù)的變化規(guī)律如下:

    在0°風(fēng)向角作用下,就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的117%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的119%.就測點(diǎn)所處高度而言,峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中間大兩端?。屯凰轿恢枚?,由于受到周邊建筑的干擾,A層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中間大于兩邊,I層和R層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)沿水平位置變化不大,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于0°風(fēng)向角時,周邊建筑對南立面的干擾較復(fù)雜,隨著測點(diǎn)高度的升高,干擾有所減小.

    在90°風(fēng)向角作用下,就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的148%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的130%.就測點(diǎn)所處高度而言,隨著測點(diǎn)高度的升高,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中間大于兩端.就同一水平位置而言,規(guī)律與無周邊情況類似.

    在180°風(fēng)向角作用下,就風(fēng)場類型而言,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值略大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的113%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值略大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的112%.就測點(diǎn)所處高度而言,隨著測點(diǎn)高度的升高,峰值風(fēng)壓系數(shù)先增大后減小,增大幅度最大的仍為D類風(fēng)場,達(dá)到了129%,增大幅度最小的仍為B類風(fēng)場,為99%.就同一水平位置而言,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值表現(xiàn)為中間大于兩邊.

    在270°風(fēng)向角作用下,就風(fēng)場類型而言,135m高度(施擾建筑E高度的2/3)以下,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C,D兩類風(fēng)場,最大可為C,D兩類風(fēng)場條件下的139%,C,D兩類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)較為接近,相差幅度在2%以內(nèi);135~175m高度(施擾建筑E的高度)處,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于B類,最大可為B類風(fēng)場條件下的124%,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類,最大可為D類風(fēng)場條件下的117%;175m高度以上,B類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于C類風(fēng)場,最大可為C類風(fēng)場條件下的108%,C類風(fēng)場的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值大于D類風(fēng)場,最大可為D類風(fēng)場條件下的123%.就測點(diǎn)所處高度而言,135m高度以下,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)大小沿高度變化不大;135m高度以上,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值先增大后減小.

    2.3有、無周邊建筑物干擾時不同風(fēng)場情況下南立面峰值風(fēng)壓對比分析

    上文已詳細(xì)討論高層建筑有或者無周邊建筑干擾時,不同風(fēng)場情況下高層建筑峰值風(fēng)壓的變化規(guī)律,故本部分不重復(fù)討論.本部分著重研究同類風(fēng)場情況下,高層建筑在有周邊建筑物干擾時,其峰值風(fēng)壓系數(shù)相對于無周邊建筑干擾時的變化.圖10給出了B,C和D3類風(fēng)場下高層建筑有、無周邊建筑干擾時南立面A,I,Q層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布,圖11給出了B,C,D3類風(fēng)場下高層建筑有、無周邊建筑干擾時南立面A~Q層4號測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布.

    從圖10和圖11可以看出,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,各個風(fēng)向角下測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)已經(jīng)發(fā)生改變,具體表現(xiàn)為:

    在0°風(fēng)向角作用時,南立面處于背風(fēng)面.同類

    就單個圖形而言,圖中點(diǎn)從左到右依次為南立面1~7號測點(diǎn)

    圖10有、無周邊建筑干擾時南立面A,I和Q層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.10WithandwithoutperipheralinterferenceThepeakwindpressurecoefficientdistribution

    chartofeachmeasuringpointofAIandQlayeronthesouthfacade

    

    圖11有、無周邊建筑干擾時南立面A~Q層4號測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)分布

    Fig.11WithandwithoutperipheralinterferenceNo.4measuringpointpeakwindpressure

    coefficientdistributionchartofA~Qlayeronthesouthfacade

    

    風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢以及大小發(fā)生改變.就測點(diǎn)所處高度而言,發(fā)生改變最大處約在G4測點(diǎn)所處位置(約為建筑物高度的1/3),在此高度處,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值均增大,增大幅度最大的為C類風(fēng)場,達(dá)到了74%,增大幅度最小的為D類風(fēng)場,為36%.就同一層測點(diǎn)而言,隨著測點(diǎn)所處位置的不同,其峰值風(fēng)壓系數(shù)大小改變亦不相同,A1~A4號測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值增大,A5~A7號測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值卻減小,I層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)絕對值也有所增大,Q層測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)變化不大,相差在10%以內(nèi).產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于A1~A4號測點(diǎn)所靠近的高層建筑西側(cè)干擾建筑分布復(fù)雜,A5~A7號測點(diǎn)所靠近的高層建筑東側(cè)無干擾建筑,A層和I層測點(diǎn)所處高度位于周邊干擾建筑高度范圍內(nèi),導(dǎo)致其所受干擾較大,Q層測點(diǎn)所在高度處于周邊干擾建筑高度范圍外,所受干擾較小.

    在90°風(fēng)向角作用時,南立面處于側(cè)風(fēng)面,同類風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢與無周邊建筑干擾時基本一致,但其峰值風(fēng)壓系數(shù)大小卻發(fā)生改變.隨著風(fēng)場類型、測點(diǎn)所處高度以及位置的不同,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化并不一致,有增大,有減小的,也有保持基本不變的.例如圖中A7測點(diǎn),B類風(fēng)場有周邊干擾情況下,其峰值風(fēng)壓系數(shù)相對于無周邊建筑干擾來說增大了29%,而D類風(fēng)場有周邊建筑干擾情況下,其峰值風(fēng)壓系數(shù)相對無周邊建筑干擾來說卻基本不變.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于來流、干擾建筑F靠近南立面的棱邊產(chǎn)生的分離流、干擾建筑F上部產(chǎn)生的分離流、高層建筑自身產(chǎn)生分離流摻混到一起,而不同風(fēng)場產(chǎn)生的分離流的運(yùn)動并不一致,不同高度不同位置處氣流摻混的程度也不一致.

    在180°風(fēng)向角作用時,南立面處于迎風(fēng)面,同類風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢與無周邊基本一致,但其大小卻發(fā)生改變,少數(shù)靠近棱邊的測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)或變大或由正變負(fù),例如圖中的A1測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)增大,A6,A7和J7等測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)由正變負(fù),絕大多數(shù)測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,B類風(fēng)場時其最大減小幅度達(dá)到了43%,C類風(fēng)場時可達(dá)37%,D類風(fēng)場時可達(dá)46%.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于當(dāng)風(fēng)向角為180°時,干擾建筑E,F(xiàn)對南立面而言主要表現(xiàn)為遮擋作用,所以絕大多數(shù)測點(diǎn)峰值風(fēng)壓系數(shù)減小,而干擾建筑物E,F(xiàn)側(cè)風(fēng)面產(chǎn)生的分離流以及干擾建筑F背風(fēng)面產(chǎn)生的尾流與來流摻混到一起,形成復(fù)雜的空氣運(yùn)動,致使部分測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)或變大或由正變負(fù).

    在270°風(fēng)向角作用時,南立面處于側(cè)風(fēng)面,同類風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢發(fā)生改變,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,三類風(fēng)場情況下其測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)最大減小幅度基本接近,分布在75%左右,且在高層建筑135m(干擾建筑C,D,H,G高度)至175m(干擾建筑E高度)高度處,隨著測點(diǎn)所處高度的升高,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度減小,175m高度以上,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度趨于穩(wěn)定,但低于其下部測點(diǎn)的減小幅度.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于135m高度以下,南立面受到干擾建筑C,D,E等的干擾,干擾較復(fù)雜,且其對南立面主要表現(xiàn)為遮擋效應(yīng).135~175m高度處,對南立面產(chǎn)生干擾效應(yīng)的主要是干擾建筑E,干擾建筑C,D產(chǎn)生的干擾減?。?75m高度以上,由于其測點(diǎn)高度高于周邊干擾建筑高度,所受周邊建筑干擾較小.270°和90°風(fēng)向角作用時,南立面雖同處側(cè)風(fēng)面,但測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢與變化幅度卻明顯不同.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于當(dāng)風(fēng)向角為270°時,風(fēng)從高層建筑西面吹來,高層建筑上游眾多干擾建筑(具體如圖3所示)對氣流的運(yùn)動產(chǎn)生顯著影響,對南立面而言,干擾復(fù)雜.當(dāng)風(fēng)向角為90°時,風(fēng)從高層建筑東面吹來,高層建筑上游并無干擾建筑,對南立面產(chǎn)生干擾的主要是干擾建筑F,干擾較簡單.3結(jié)論

    本文通過對風(fēng)場和周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響進(jìn)行了研究,得出如下結(jié)論:

    風(fēng)場類型對高層建筑峰值風(fēng)壓有著較大影響,當(dāng)高層建筑周邊環(huán)境不變(有或者無周邊干擾)時,絕大多數(shù)情況下,B類風(fēng)場時高層建筑的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C類風(fēng)場,最大可達(dá)C類風(fēng)場條件下的153%,C類風(fēng)場大于D類風(fēng)場,最大可達(dá)D類風(fēng)場條件下的141%.

    周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響不僅與周邊建筑的相對位置有關(guān),還與高層建筑有、無周邊時所處的風(fēng)場類型有關(guān).南立面為迎風(fēng)面時,干擾建筑E,F位于南立面斜前方,表現(xiàn)為遮擋效應(yīng),絕大多數(shù)測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,B類風(fēng)場時其最大減小幅度達(dá)到了43%,C類風(fēng)場時可達(dá)37%,D類風(fēng)場時可達(dá)46%.

    城市化的變遷過程,對于高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)來說,其實(shí)質(zhì)是高層建筑所處的風(fēng)場類型、周邊環(huán)境發(fā)生變化的過程,此時,高層建筑局部位置所承受的峰值風(fēng)壓可能變大,可能變小,甚至由正變負(fù),由負(fù)變正,這一點(diǎn)尤其要引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的注意.

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    在270°風(fēng)向角作用時,南立面處于側(cè)風(fēng)面,同類風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢發(fā)生改變,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,三類風(fēng)場情況下其測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)最大減小幅度基本接近,分布在75%左右,且在高層建筑135m(干擾建筑C,D,H,G高度)至175m(干擾建筑E高度)高度處,隨著測點(diǎn)所處高度的升高,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度減小,175m高度以上,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度趨于穩(wěn)定,但低于其下部測點(diǎn)的減小幅度.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于135m高度以下,南立面受到干擾建筑C,D,E等的干擾,干擾較復(fù)雜,且其對南立面主要表現(xiàn)為遮擋效應(yīng).135~175m高度處,對南立面產(chǎn)生干擾效應(yīng)的主要是干擾建筑E,干擾建筑C,D產(chǎn)生的干擾減?。?75m高度以上,由于其測點(diǎn)高度高于周邊干擾建筑高度,所受周邊建筑干擾較小.270°和90°風(fēng)向角作用時,南立面雖同處側(cè)風(fēng)面,但測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢與變化幅度卻明顯不同.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于當(dāng)風(fēng)向角為270°時,風(fēng)從高層建筑西面吹來,高層建筑上游眾多干擾建筑(具體如圖3所示)對氣流的運(yùn)動產(chǎn)生顯著影響,對南立面而言,干擾復(fù)雜.當(dāng)風(fēng)向角為90°時,風(fēng)從高層建筑東面吹來,高層建筑上游并無干擾建筑,對南立面產(chǎn)生干擾的主要是干擾建筑F,干擾較簡單.3結(jié)論

    本文通過對風(fēng)場和周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響進(jìn)行了研究,得出如下結(jié)論:

    風(fēng)場類型對高層建筑峰值風(fēng)壓有著較大影響,當(dāng)高層建筑周邊環(huán)境不變(有或者無周邊干擾)時,絕大多數(shù)情況下,B類風(fēng)場時高層建筑的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C類風(fēng)場,最大可達(dá)C類風(fēng)場條件下的153%,C類風(fēng)場大于D類風(fēng)場,最大可達(dá)D類風(fēng)場條件下的141%.

    周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響不僅與周邊建筑的相對位置有關(guān),還與高層建筑有、無周邊時所處的風(fēng)場類型有關(guān).南立面為迎風(fēng)面時,干擾建筑E,F位于南立面斜前方,表現(xiàn)為遮擋效應(yīng),絕大多數(shù)測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,B類風(fēng)場時其最大減小幅度達(dá)到了43%,C類風(fēng)場時可達(dá)37%,D類風(fēng)場時可達(dá)46%.

    城市化的變遷過程,對于高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)來說,其實(shí)質(zhì)是高層建筑所處的風(fēng)場類型、周邊環(huán)境發(fā)生變化的過程,此時,高層建筑局部位置所承受的峰值風(fēng)壓可能變大,可能變小,甚至由正變負(fù),由負(fù)變正,這一點(diǎn)尤其要引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的注意.

    參考文獻(xiàn)[1] TANIIKE Y.Interference mechanism for enhanced wind forces on neighboring tall buildings[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1992,44(1/3):1073-1083.[2] SYKES D M.Interference effects on the response of a tall building model[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1983,11(1/3):365-380.[3] ARMITT J.Wind loading on coolingtowers[J].Journal of Structural Engineering,1980,106(3):623-641.[4] 李秋勝,李永貴,郅倫海. 典型高層住宅建筑風(fēng)壓分布特性的試驗(yàn)研究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,38(4):14-19.LI Qiusheng, LI Yonggui, ZHI Lunhai. Experimental investigation of the wind pressure distributions on a typical tall residential building[J].Journal of Hunan University: Natural Sciences, 2011,38(4): 14-19.(In Chinese)[5] 韓寧,顧明. 兩串列方形高層建筑局部風(fēng)壓干擾特性分析[J].土木建筑與環(huán)境工程,2011,33(5):13-22.HAN Ning, GU Ming. Characteristics of interference effects on local pressure of two square tall buildings in tandem arrangement[J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering,2011,33(5): 13-22.(In Chinese)[6] 韓寧,顧明. 兩并列方形高層建筑局部風(fēng)壓干擾特性[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,33(10):1441-1446.HAN Ning, GU Ming. Interference effects on wind pressure oftwo square tall buildings in sidebyside arrangement[J].Journal of Tongji: Natural Science,2011,33(10):1441-1446.(In Chinese)[7] 韓寧,顧明. 兩串列方柱局部脈動風(fēng)壓干擾研究:第1部分 迎風(fēng)面效應(yīng)[J].振動與沖擊,2000,28(12):188-192.HAN Ning, GU Ming. Interference effects on local fluctuating pressure of two square tall buildings in tandem arrangement:part1 windward side effects[J].Journal of Vibration and Shock,2009,28(12):182-192.(In Chinese)[8] 謝壯寧,朱劍波. 群體高層建筑的平均風(fēng)壓分布特征[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,39(4):128-134.XIE Zhuangning,ZHU Jianbo. Distribution characteristics of mean wind pressure on tall buildings[J]. Journal of South China University of Technology: Natural Science,2011,39(4): 128-134. (In Chinese)[9] 李壽英,陳政清. 泉州中蕓洲海景花園建筑群體的干擾效應(yīng)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2008,29(2):19-24.LI Shouying,CHEN Zhengqing. Investigation of windinduced interference effects on tall buildings of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape Garden[J]. Journal of Building Structures, 2008,29(2):19-24.(In Chinese)[10]謝壯寧,顧明,倪振華.任意排列三個高層建筑間順風(fēng)向動力干擾效應(yīng)的試驗(yàn)研究[J] .工程力學(xué),2005,22(5):136-141.XIE Zhuangning, GU Ming, NI Zhenhua. Experimental study of alongwind dynamic interference effects among three arbitrarily arranged tall buildings[J]. Engineering Mechanics,2005,22(5):136-141.(In Chinese)[11]GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2002.GB 50009-2001 Load code for the design of building structures[S]. Beijing: China Architecture & Building Press,2002. (In Chinese)[12]朱劍波,謝壯寧. 群體高層建筑的峰值風(fēng)壓分布特征[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2012,33(1):18-26.ZHU Jianbo, XIE Zhuangning. Distribution characteristics of peak wind pressure on tall buildings[J]. Journal of Building Structures, 2012,33(1):18-26. (In Chinese)

    在270°風(fēng)向角作用時,南立面處于側(cè)風(fēng)面,同類風(fēng)場情況下,當(dāng)有周邊建筑物干擾時,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢發(fā)生改變,測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,三類風(fēng)場情況下其測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)最大減小幅度基本接近,分布在75%左右,且在高層建筑135m(干擾建筑C,D,H,G高度)至175m(干擾建筑E高度)高度處,隨著測點(diǎn)所處高度的升高,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度減小,175m高度以上,其峰值風(fēng)壓系數(shù)的減小幅度趨于穩(wěn)定,但低于其下部測點(diǎn)的減小幅度.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于135m高度以下,南立面受到干擾建筑C,D,E等的干擾,干擾較復(fù)雜,且其對南立面主要表現(xiàn)為遮擋效應(yīng).135~175m高度處,對南立面產(chǎn)生干擾效應(yīng)的主要是干擾建筑E,干擾建筑C,D產(chǎn)生的干擾減?。?75m高度以上,由于其測點(diǎn)高度高于周邊干擾建筑高度,所受周邊建筑干擾較小.270°和90°風(fēng)向角作用時,南立面雖同處側(cè)風(fēng)面,但測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)變化趨勢與變化幅度卻明顯不同.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于當(dāng)風(fēng)向角為270°時,風(fēng)從高層建筑西面吹來,高層建筑上游眾多干擾建筑(具體如圖3所示)對氣流的運(yùn)動產(chǎn)生顯著影響,對南立面而言,干擾復(fù)雜.當(dāng)風(fēng)向角為90°時,風(fēng)從高層建筑東面吹來,高層建筑上游并無干擾建筑,對南立面產(chǎn)生干擾的主要是干擾建筑F,干擾較簡單.3結(jié)論

    本文通過對風(fēng)場和周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響進(jìn)行了研究,得出如下結(jié)論:

    風(fēng)場類型對高層建筑峰值風(fēng)壓有著較大影響,當(dāng)高層建筑周邊環(huán)境不變(有或者無周邊干擾)時,絕大多數(shù)情況下,B類風(fēng)場時高層建筑的峰值風(fēng)壓系數(shù)大于C類風(fēng)場,最大可達(dá)C類風(fēng)場條件下的153%,C類風(fēng)場大于D類風(fēng)場,最大可達(dá)D類風(fēng)場條件下的141%.

    周邊干擾對高層建筑峰值風(fēng)壓的影響不僅與周邊建筑的相對位置有關(guān),還與高層建筑有、無周邊時所處的風(fēng)場類型有關(guān).南立面為迎風(fēng)面時,干擾建筑E,F位于南立面斜前方,表現(xiàn)為遮擋效應(yīng),絕大多數(shù)測點(diǎn)的峰值風(fēng)壓系數(shù)均減小,B類風(fēng)場時其最大減小幅度達(dá)到了43%,C類風(fēng)場時可達(dá)37%,D類風(fēng)場時可達(dá)46%.

    城市化的變遷過程,對于高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)來說,其實(shí)質(zhì)是高層建筑所處的風(fēng)場類型、周邊環(huán)境發(fā)生變化的過程,此時,高層建筑局部位置所承受的峰值風(fēng)壓可能變大,可能變小,甚至由正變負(fù),由負(fù)變正,這一點(diǎn)尤其要引起結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的注意.

    參考文獻(xiàn)[1] TANIIKE Y.Interference mechanism for enhanced wind forces on neighboring tall buildings[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1992,44(1/3):1073-1083.[2] SYKES D M.Interference effects on the response of a tall building model[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1983,11(1/3):365-380.[3] ARMITT J.Wind loading on coolingtowers[J].Journal of Structural Engineering,1980,106(3):623-641.[4] 李秋勝,李永貴,郅倫海. 典型高層住宅建筑風(fēng)壓分布特性的試驗(yàn)研究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,38(4):14-19.LI Qiusheng, LI Yonggui, ZHI Lunhai. Experimental investigation of the wind pressure distributions on a typical tall residential building[J].Journal of Hunan University: Natural Sciences, 2011,38(4): 14-19.(In Chinese)[5] 韓寧,顧明. 兩串列方形高層建筑局部風(fēng)壓干擾特性分析[J].土木建筑與環(huán)境工程,2011,33(5):13-22.HAN Ning, GU Ming. Characteristics of interference effects on local pressure of two square tall buildings in tandem arrangement[J]. Journal of Civil, Architectural & Environmental Engineering,2011,33(5): 13-22.(In Chinese)[6] 韓寧,顧明. 兩并列方形高層建筑局部風(fēng)壓干擾特性[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,33(10):1441-1446.HAN Ning, GU Ming. Interference effects on wind pressure oftwo square tall buildings in sidebyside arrangement[J].Journal of Tongji: Natural Science,2011,33(10):1441-1446.(In Chinese)[7] 韓寧,顧明. 兩串列方柱局部脈動風(fēng)壓干擾研究:第1部分 迎風(fēng)面效應(yīng)[J].振動與沖擊,2000,28(12):188-192.HAN Ning, GU Ming. Interference effects on local fluctuating pressure of two square tall buildings in tandem arrangement:part1 windward side effects[J].Journal of Vibration and Shock,2009,28(12):182-192.(In Chinese)[8] 謝壯寧,朱劍波. 群體高層建筑的平均風(fēng)壓分布特征[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2011,39(4):128-134.XIE Zhuangning,ZHU Jianbo. Distribution characteristics of mean wind pressure on tall buildings[J]. Journal of South China University of Technology: Natural Science,2011,39(4): 128-134. (In Chinese)[9] 李壽英,陳政清. 泉州中蕓洲海景花園建筑群體的干擾效應(yīng)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2008,29(2):19-24.LI Shouying,CHEN Zhengqing. Investigation of windinduced interference effects on tall buildings of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape Garden[J]. Journal of Building Structures, 2008,29(2):19-24.(In Chinese)[10]謝壯寧,顧明,倪振華.任意排列三個高層建筑間順風(fēng)向動力干擾效應(yīng)的試驗(yàn)研究[J] .工程力學(xué),2005,22(5):136-141.XIE Zhuangning, GU Ming, NI Zhenhua. Experimental study of alongwind dynamic interference effects among three arbitrarily arranged tall buildings[J]. Engineering Mechanics,2005,22(5):136-141.(In Chinese)[11]GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2002.GB 50009-2001 Load code for the design of building structures[S]. Beijing: China Architecture & Building Press,2002. (In Chinese)[12]朱劍波,謝壯寧. 群體高層建筑的峰值風(fēng)壓分布特征[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2012,33(1):18-26.ZHU Jianbo, XIE Zhuangning. Distribution characteristics of peak wind pressure on tall buildings[J]. Journal of Building Structures, 2012,33(1):18-26. (In Chinese)

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