孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的多維度剖析與精準防控策略一、引言1.1研究背景與意義在當今城市化進程不斷加速的背景下，城市建設(shè)蓬勃發(fā)展，建筑風格日益多樣化。其中，孿生異形建筑作為一種獨特的建筑形式，逐漸在城市中嶄露頭角。這類建筑以其獨特的造型、創(chuàng)新的設(shè)計理念和強烈的視覺沖擊力，不僅成為城市景觀的重要組成部分，更代表了當代建筑技術(shù)與藝術(shù)的融合。例如，北京的中國尊與旁邊的中信大廈，二者在外形上相互呼應(yīng)又各具特色，共同構(gòu)成了極具現(xiàn)代感的城市天際線；還有蘇州的東方之門，獨特的“秋褲”造型不僅成為城市的標志性建筑，也展示了孿生異形建筑在地域文化表達方面的潛力。這些建筑不僅滿足了人們對建筑功能的需求，更在美學和文化層面上為城市增添了獨特的魅力。然而，隨著孿生異形建筑數(shù)量的增加和布局的密集化，風致干擾效應(yīng)逐漸成為影響建筑安全和性能的重要因素。風致干擾效應(yīng)是指當多棟建筑相鄰時，由于氣流在建筑物之間的相互作用，導致建筑物所承受的風荷載發(fā)生變化，進而影響建筑的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。這種效應(yīng)在孿生異形建筑中尤為顯著，因為其獨特的外形和復雜的空間布局，使得氣流在建筑物周圍的流動更加復雜，增加了風致干擾的可能性和強度。風致干擾效應(yīng)可能導致建筑物表面風壓分布不均勻，局部風壓增大，從而對建筑圍護結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性提出更高要求。在強風作用下，風致干擾還可能引發(fā)建筑物的振動響應(yīng)加劇，影響建筑內(nèi)部人員的舒適度，甚至威脅到建筑的結(jié)構(gòu)安全。例如，在一些沿海地區(qū)，臺風季節(jié)的強風常常對相鄰建筑造成嚴重影響，風致干擾效應(yīng)使得建筑所承受的風荷載遠遠超過設(shè)計預期，導致建筑外墻脫落、門窗損壞等事故發(fā)生。此外，風致干擾效應(yīng)還可能影響建筑的能耗，增加建筑的運營成本。因此，深入研究孿生異形建筑的風致干擾效應(yīng)具有重要的理論和實際意義。從理論層面來看，風致干擾效應(yīng)涉及到空氣動力學、結(jié)構(gòu)動力學等多個學科領(lǐng)域，研究這一問題有助于深化對復雜流固耦合現(xiàn)象的理解，推動相關(guān)學科的發(fā)展。通過對孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的研究，可以揭示氣流在復雜建筑外形周圍的流動規(guī)律，以及風荷載在建筑物之間的傳遞和分布機制，為風工程理論的完善提供重要的實驗和理論依據(jù)。從實際應(yīng)用角度出發(fā)，準確評估風致干擾效應(yīng)對建筑設(shè)計和施工具有重要的指導意義。在建筑設(shè)計階段，考慮風致干擾效應(yīng)可以優(yōu)化建筑的外形和布局，合理設(shè)置建筑間距和朝向，從而減少風致干擾的影響，降低建筑的風荷載設(shè)計值，提高建筑的經(jīng)濟性和安全性。在施工過程中，了解風致干擾效應(yīng)可以為施工方案的制定提供依據(jù)，采取相應(yīng)的防護措施，確保施工安全。此外，對于既有建筑，研究風致干擾效應(yīng)可以評估其在風荷載作用下的安全性，為建筑的維護和改造提供參考。綜上所述，孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的研究不僅是保障建筑安全和性能的必要手段，也是推動建筑設(shè)計創(chuàng)新和城市可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。通過深入研究這一問題，可以為建筑行業(yè)的發(fā)展提供更加科學、合理的理論指導和技術(shù)支持，使孿生異形建筑在城市建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風致干擾效應(yīng)作為風工程領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容，長期以來受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。國外在該領(lǐng)域的研究起步較早，取得了一系列具有重要影響力的成果。Reinhold和Sykes通過對矩形高層建筑干擾效應(yīng)的模型風洞試驗研究，指出上游施擾建筑漩渦脫落引起的氣動力是導致下游受擾建筑振動放大的主要原因，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。Sakamoto等對串列布置的兩個同等大小的方形截面建筑在均勻和湍流流場中的干擾效應(yīng)進行研究，發(fā)現(xiàn)Strouhal數(shù)的分布隨著間距比的變化可分為不同區(qū)域，揭示了干擾效應(yīng)與建筑間距之間的關(guān)系。Taniike在低湍流度風場中研究小寬度施擾建筑對下游建筑的干擾效應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，當折算風速為特定值時，下游建筑會發(fā)生橫風向共振響應(yīng)，進一步深化了對風致干擾共振現(xiàn)象的認識。國內(nèi)學者在風致干擾效應(yīng)研究方面也取得了豐碩成果。謝壯寧等基于高頻底座力天平技術(shù)和脈動測壓方法，詳細研究了不同地貌下不同寬度比和高度比的兩個建筑物間在不同間距下的干擾效應(yīng)，并系統(tǒng)開展了對三個高層建筑間整體的靜力、動力干擾效應(yīng)和結(jié)構(gòu)典型位置處的風壓系數(shù)在受擾后的變化規(guī)律的研究，為群體高層建筑風致干擾效應(yīng)的研究提供了重要參考。葛建斌等采用高頻底座力天平方法，研究了4種不同斷面形狀的上游和下游施擾建筑對受擾建筑的靜力和動力干擾效應(yīng)，分析比較了正方形斷面施擾建筑和非正方形斷面施擾建筑的干擾效應(yīng)的差異，拓展了風致干擾效應(yīng)在不同建筑斷面形狀方面的研究。在孿生建筑風致干擾效應(yīng)研究方面，也有不少學者開展了相關(guān)工作。例如，有研究針對超高層雙塔建筑，采用數(shù)值模擬方法對其風荷載分布及風致干擾效應(yīng)進行研究，分析了雙塔之間的相互干擾效應(yīng)，包括串列布置時的遮擋效應(yīng)和并列時的狹道效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)狹道兩側(cè)的建筑壁面局部負壓顯著增加。然而，當前對于孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的研究仍存在不足。一方面，現(xiàn)有研究大多集中在規(guī)則形狀建筑的風致干擾問題上，對于具有復雜外形的孿生異形建筑，其獨特的幾何形狀和空間布局所導致的復雜氣流流動特性及風致干擾機制尚未得到深入揭示。另一方面，在研究方法上，雖然風洞試驗和數(shù)值模擬是常用手段，但對于孿生異形建筑這種復雜結(jié)構(gòu)，如何更準確地模擬其周圍的流場，提高試驗和模擬結(jié)果的精度，仍是亟待解決的問題。此外，目前的研究成果在實際工程應(yīng)用中的轉(zhuǎn)化還存在一定困難，缺乏系統(tǒng)的設(shè)計方法和規(guī)范指導，難以滿足日益增長的孿生異形建筑設(shè)計需求。1.3研究方法與創(chuàng)新點為深入探究孿生異形建筑的風致干擾效應(yīng)，本研究將綜合運用多種研究方法，從不同角度揭示其內(nèi)在機制和規(guī)律。風洞試驗是研究建筑風致干擾效應(yīng)的重要手段之一。通過在風洞中模擬不同的風場條件，對孿生異形建筑模型進行測試，可以獲得建筑物表面的風壓分布、風荷載以及結(jié)構(gòu)的響應(yīng)等數(shù)據(jù)。在本研究中，將根據(jù)相似性原理制作高精度的孿生異形建筑模型，確保模型能夠準確反映實際建筑的幾何形狀和尺寸比例。利用先進的測量設(shè)備，如壓力傳感器、風速儀等，對模型表面的風壓和周圍的風速進行精確測量。同時，采用高頻底座力天平技術(shù)，測量模型所受到的風荷載，獲取風荷載的時程曲線和頻譜特性。通過對不同工況下的試驗數(shù)據(jù)進行分析，研究風致干擾效應(yīng)與建筑間距、風向角、地貌類型等因素之間的關(guān)系，為后續(xù)的數(shù)值模擬和理論分析提供實驗依據(jù)。數(shù)值模擬方法具有成本低、效率高、可重復性強等優(yōu)點，能夠?qū)碗s的流場進行詳細的分析。本研究將基于計算流體力學（CFD）理論，采用合適的湍流模型和數(shù)值算法，對孿生異形建筑周圍的流場進行數(shù)值模擬。在建模過程中，充分考慮建筑的復雜外形和空間布局，對模型進行精細的網(wǎng)格劃分，以提高模擬結(jié)果的準確性。通過數(shù)值模擬，可以得到建筑物周圍的風速、壓力、湍流強度等流場參數(shù)的分布情況，直觀地展示氣流在建筑物之間的流動特性和干擾效應(yīng)。同時，將數(shù)值模擬結(jié)果與風洞試驗數(shù)據(jù)進行對比驗證，確保數(shù)值模擬方法的可靠性和有效性。在此基礎(chǔ)上，進一步開展參數(shù)化研究，分析不同參數(shù)對風致干擾效應(yīng)的影響規(guī)律，為建筑設(shè)計提供優(yōu)化建議。理論分析是從本質(zhì)上理解風致干擾效應(yīng)的重要途徑。本研究將結(jié)合空氣動力學、結(jié)構(gòu)動力學等相關(guān)理論，對孿生異形建筑的風致干擾效應(yīng)進行深入分析?；谶吔鐚永碚?，研究氣流在建筑物表面的邊界層特性，分析邊界層分離、再附等現(xiàn)象對風荷載的影響。運用結(jié)構(gòu)動力學理論，建立建筑結(jié)構(gòu)的動力學模型，考慮風荷載的隨機性和相關(guān)性，求解結(jié)構(gòu)在風致干擾作用下的動力響應(yīng)，包括位移、加速度、應(yīng)力等。通過理論分析，揭示風致干擾效應(yīng)的內(nèi)在機制，建立風荷載與結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的數(shù)學關(guān)系，為建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計提供理論支持。本研究在多個方面具有創(chuàng)新點。在研究視角上，突破了傳統(tǒng)對規(guī)則形狀建筑風致干擾效應(yīng)的研究局限，聚焦于具有復雜外形的孿生異形建筑，填補了該領(lǐng)域在這一特定建筑形式研究上的空白，從獨特的建筑造型和空間布局出發(fā)，深入剖析其風致干擾的特殊規(guī)律和機制，為建筑風工程領(lǐng)域提供了新的研究方向和思路。在研究方法融合上，將風洞試驗、數(shù)值模擬和理論分析有機結(jié)合，充分發(fā)揮各方法的優(yōu)勢，彌補單一方法的不足。風洞試驗提供真實可靠的實驗數(shù)據(jù)，數(shù)值模擬實現(xiàn)對復雜流場的精細分析，理論分析從本質(zhì)上揭示風致干擾的物理機制，三者相互驗證、相互補充，形成一套完整的研究體系，提高了研究結(jié)果的準確性和可靠性。在研究成果應(yīng)用上，致力于將研究成果轉(zhuǎn)化為實際工程應(yīng)用，提出針對孿生異形建筑的抗風設(shè)計優(yōu)化策略和建議。通過對風致干擾效應(yīng)的深入研究，為建筑設(shè)計師提供科學合理的設(shè)計依據(jù)，指導他們在建筑設(shè)計階段合理優(yōu)化建筑外形、布局和結(jié)構(gòu)形式，有效降低風致干擾的影響，提高建筑的抗風性能和安全性。同時，研究成果也可為相關(guān)建筑規(guī)范和標準的修訂提供參考，推動建筑行業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展。二、風致干擾效應(yīng)的基礎(chǔ)理論2.1基本概念闡釋2.1.1風致干擾效應(yīng)的定義風致干擾效應(yīng)是指當多棟建筑相鄰時，由于氣流在建筑物之間的相互作用，導致建筑物周圍的風環(huán)境發(fā)生顯著改變，進而使每棟建筑所承受的風荷載與它們處于孤立狀態(tài)時截然不同的現(xiàn)象。當強風遇到相鄰建筑時，氣流會在建筑物的阻擋下發(fā)生復雜的流動變化。氣流可能會在建筑物的迎風面受阻，形成高壓區(qū)域；而在建筑物的背風面，氣流則會形成漩渦，產(chǎn)生低壓區(qū)域。這些壓力的變化會直接影響建筑物所承受的風荷載大小和分布。在城市中，當兩棟高層建筑相鄰時，氣流在它們之間的狹縫中加速流動，形成所謂的“狹道效應(yīng)”，導致狹道兩側(cè)建筑表面的風壓顯著增大。這種風致干擾效應(yīng)不僅會對建筑的圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更大的壓力，增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度和成本，還可能引發(fā)建筑物的振動響應(yīng)加劇，影響建筑內(nèi)部人員的舒適度和設(shè)備的正常運行。在臺風等極端天氣條件下，風致干擾效應(yīng)可能導致建筑結(jié)構(gòu)的破壞，威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。因此，深入理解風致干擾效應(yīng)的定義和機制，對于保障建筑的安全性和可靠性具有至關(guān)重要的意義。2.1.2干擾因子的界定與計算干擾因子是評估風致干擾效應(yīng)的關(guān)鍵指標，它被定義為結(jié)構(gòu)受擾后風荷載與孤立狀態(tài)下風荷載的比值。在實際研究中，干擾因子通常通過風洞試驗或數(shù)值模擬的方法來獲取。在風洞試驗中，首先需要制作精確的建筑模型，模擬真實的風場條件，測量孤立建筑和受擾建筑在相同風速和風向條件下的風荷載。然后，通過計算兩者風荷載的比值，即可得到干擾因子。在數(shù)值模擬中，則是利用計算流體力學（CFD）軟件，對建筑周圍的流場進行數(shù)值模擬，得到風荷載數(shù)據(jù)，進而計算干擾因子。干擾因子在評估風致干擾效應(yīng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。它能夠直觀地反映出相鄰建筑對目標建筑風荷載的影響程度。當干擾因子大于1時，表明受擾建筑所承受的風荷載大于孤立狀態(tài)下的風荷載，風致干擾效應(yīng)呈現(xiàn)增強趨勢；反之，當干擾因子小于1時，則意味著風致干擾效應(yīng)使受擾建筑的風荷載有所減小。通過對干擾因子的分析，研究人員可以深入了解風致干擾效應(yīng)的規(guī)律和特點，為建筑的抗風設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。例如，在建筑設(shè)計階段，設(shè)計師可以根據(jù)干擾因子的大小，合理調(diào)整建筑的布局、外形和結(jié)構(gòu)形式，以減小風致干擾效應(yīng)的影響，提高建筑的抗風性能。同時，干擾因子也可以作為評估既有建筑在風荷載作用下安全性的重要指標，為建筑的維護和改造提供科學依據(jù)。2.2相關(guān)理論基礎(chǔ)2.2.1空氣動力學基礎(chǔ)空氣動力學是研究空氣與物體相對運動時，空氣的運動規(guī)律以及空氣與物體之間相互作用力的學科。在孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的研究中，空氣動力學的相關(guān)原理起著至關(guān)重要的作用。伯努利方程是空氣動力學中的重要方程，它基于機械能守恒定律，描述了理想流體在同一流管中流動時，單位體積流體的動能、勢能和壓力勢能之和保持不變。在實際應(yīng)用中，對于低速、不可壓縮且粘性可忽略的空氣流動，伯努利方程可簡化為p+\frac{1}{2}\rhov^{2}+\rhogh=???é??，其中p為壓力，\rho為空氣密度，v為流速，h為高度。當氣流流經(jīng)孿生異形建筑時，由于建筑外形的復雜變化，氣流的速度和壓力會發(fā)生相應(yīng)改變。在建筑的迎風面，氣流受阻速度減小，根據(jù)伯努利方程，壓力會升高；而在建筑的背風面或側(cè)面，氣流速度加快，壓力降低，形成負壓區(qū)。這種壓力的分布變化直接影響著建筑所承受的風荷載大小和分布，進而對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生重要影響。例如，在兩棟相鄰的孿生異形建筑之間的狹縫區(qū)域，氣流加速，壓力降低，形成狹道效應(yīng)，導致狹縫兩側(cè)建筑表面的風壓顯著增大。邊界層理論則研究流體在固體表面附近的流動特性。當氣流流過建筑表面時，由于空氣的粘性作用，在建筑表面會形成一層流速逐漸變化的邊界層。邊界層的厚度和特性與氣流的速度、建筑表面的粗糙度等因素密切相關(guān)。在邊界層內(nèi)，氣流速度從建筑表面的零值逐漸增加到外部主流速度。邊界層的存在對建筑的風荷載和氣流繞流特性有著重要影響。邊界層的分離現(xiàn)象會導致建筑背風面形成較大的漩渦區(qū)，增加建筑的阻力和尾流效應(yīng)，從而影響相鄰建筑的風環(huán)境。而邊界層的再附現(xiàn)象則會改變建筑表面的壓力分布，對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生復雜的影響。例如，在建筑的拐角處，邊界層容易發(fā)生分離，形成強烈的漩渦，這些漩渦不僅會增加建筑自身的風荷載，還可能對周圍建筑產(chǎn)生干擾，引發(fā)風致振動等問題。此外，邊界層的厚度和穩(wěn)定性還會影響氣流對建筑表面的侵蝕作用，進而影響建筑的耐久性。2.2.2結(jié)構(gòu)動力學原理結(jié)構(gòu)動力學主要研究結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的響應(yīng)和動力特性。在風荷載作用下，孿生異形建筑會產(chǎn)生振動響應(yīng)，這些響應(yīng)與建筑的結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)。振動方程是描述結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下運動的基本方程。對于線性彈性結(jié)構(gòu)，在風荷載作用下的振動方程通?？梢员硎緸镸\ddot{u}+C\dot{u}+Ku=F(t)，其中M為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣，C為阻尼矩陣，K為剛度矩陣，u為位移向量，\dot{u}為速度向量，\ddot{u}為加速度向量，F(xiàn)(t)為風荷載向量。風荷載具有隨機性和脈動性，其作用下結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)也呈現(xiàn)出復雜的特性。風荷載的脈動成分會引起結(jié)構(gòu)的共振響應(yīng)，當風荷載的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時，共振現(xiàn)象會導致結(jié)構(gòu)的振動幅度顯著增大，對結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)成嚴重威脅。例如，在一些超高層孿生異形建筑中，由于結(jié)構(gòu)的柔性較大，固有頻率較低，在強風作用下容易發(fā)生共振，導致結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)超出設(shè)計允許范圍，從而影響建筑的正常使用和結(jié)構(gòu)安全。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動力學中的重要分析方法，它通過求解結(jié)構(gòu)振動方程的特征值和特征向量，得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。固有頻率是結(jié)構(gòu)的固有屬性，反映了結(jié)構(gòu)在自由振動時的振動特性；振型則描述了結(jié)構(gòu)在不同振動模態(tài)下的變形形狀。了解結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型對于分析風致干擾效應(yīng)至關(guān)重要。在孿生異形建筑中，由于結(jié)構(gòu)的復雜性，其固有頻率和振型分布較為復雜。不同的固有頻率對應(yīng)著不同的振動模態(tài)，而風荷載的頻譜成分也較為復雜，當風荷載的某些頻率成分與結(jié)構(gòu)的固有頻率相匹配時，會激發(fā)結(jié)構(gòu)的特定振型，導致結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)加劇。例如，當風荷載的頻率與結(jié)構(gòu)的一階固有頻率接近時，會主要激發(fā)結(jié)構(gòu)的一階振型，使結(jié)構(gòu)在該振型下的振動響應(yīng)顯著增大。通過模態(tài)分析，可以確定結(jié)構(gòu)的主要振動模態(tài)和對應(yīng)的固有頻率，為評估風致干擾效應(yīng)和進行結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計提供重要依據(jù)。在設(shè)計過程中，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布，改變結(jié)構(gòu)的固有頻率，避免與風荷載的頻率成分發(fā)生共振，從而提高結(jié)構(gòu)的抗風性能。三、孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的影響因素3.1建筑幾何形態(tài)3.1.1平面形狀的影響建筑的平面形狀是影響風致干擾效應(yīng)的重要因素之一。不同的平面形狀會導致氣流在建筑物周圍的流動特性發(fā)生顯著變化，從而對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。以圓形截面建筑為例，由于其形狀較為圓潤，氣流在繞流過程中相對較為順暢，不易產(chǎn)生明顯的氣流分離和漩渦。當兩棟圓形截面的孿生建筑相鄰時，它們之間的氣流相互作用相對較弱，風致干擾效應(yīng)也相對較小。這是因為圓形截面能夠有效地引導氣流繞過建筑，減少氣流在建筑表面的停滯和壓力集中，使得建筑所承受的風荷載分布相對均勻。在一些實際工程中，如某些大型冷卻塔，其圓形的平面形狀使其在風荷載作用下具有較好的穩(wěn)定性，相鄰冷卻塔之間的風致干擾效應(yīng)也不明顯。相比之下，方形截面建筑的棱角較為突出，氣流在流經(jīng)建筑時容易在棱角處發(fā)生分離，形成較大的漩渦。當兩棟方形截面的孿生建筑相鄰時，這些漩渦會在兩建筑之間相互作用，導致風致干擾效應(yīng)增強。在串列布置的方形截面孿生建筑中，上游建筑的尾流會對下游建筑產(chǎn)生較大的影響，使得下游建筑所承受的風荷載增大，尤其是在橫風向的作用力明顯增強。同時，由于方形建筑的迎風面和背風面壓力差較大，也會增加建筑所承受的整體風荷載。例如，在城市中的一些方形高層建筑群中，常?？梢杂^察到相鄰建筑之間的風致干擾現(xiàn)象較為明顯，導致建筑表面的風壓分布不均勻，局部區(qū)域的風壓值顯著增大。三角形截面建筑的平面形狀具有獨特的空氣動力學特性。由于其尖角的存在，氣流在流經(jīng)建筑時會產(chǎn)生強烈的氣流分離和漩渦脫落現(xiàn)象。當兩棟三角形截面的孿生建筑相鄰時，這種氣流分離和漩渦脫落現(xiàn)象會在兩建筑之間相互疊加，使得風致干擾效應(yīng)更加復雜。在并列布置的三角形截面孿生建筑中，兩建筑之間的狹縫區(qū)域會形成高速氣流，導致狹縫兩側(cè)建筑表面的風壓急劇增大，形成所謂的“狹道效應(yīng)”。同時，三角形建筑的非對稱形狀還會導致氣流在建筑周圍的流動產(chǎn)生不對稱性，進一步增加了風致干擾效應(yīng)的復雜性。例如，在某些具有三角形平面形狀的標志性建筑中，由于其獨特的外形和周圍建筑的相互干擾，風致干擾效應(yīng)成為影響建筑結(jié)構(gòu)安全和舒適度的重要因素。為了更直觀地了解不同平面形狀建筑的風致干擾效應(yīng)差異，研究人員通過風洞試驗和數(shù)值模擬等方法進行了大量的研究。在一項針對圓形、方形和三角形截面建筑的風洞試驗中，分別測量了孤立建筑和相鄰建筑狀態(tài)下的風荷載。結(jié)果表明，方形截面建筑在相鄰狀態(tài)下的干擾因子明顯高于圓形截面建筑，而三角形截面建筑的干擾因子則更為復雜，在不同的風向角和間距條件下呈現(xiàn)出較大的變化。數(shù)值模擬結(jié)果也進一步驗證了試驗結(jié)論，通過對建筑周圍流場的可視化分析，可以清晰地看到不同平面形狀建筑周圍氣流的流動特性和干擾效應(yīng)的差異。綜上所述，建筑的平面形狀對風致干擾效應(yīng)有著顯著的影響。在孿生異形建筑的設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮平面形狀的選擇，通過優(yōu)化平面形狀來減小風致干擾效應(yīng)，提高建筑的抗風性能和安全性。同時，對于不同平面形狀建筑的風致干擾效應(yīng)，還需要進一步深入研究，以揭示其內(nèi)在的物理機制和規(guī)律，為建筑設(shè)計提供更加科學的依據(jù)。3.1.2立面造型的作用建筑的立面造型是影響風致干擾效應(yīng)的另一個重要因素。立面造型的多樣性，如建筑的凹凸、退臺等設(shè)計，會顯著改變建筑周圍的氣流流動模式，進而對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生重要作用。當建筑立面存在凹凸設(shè)計時，氣流在流經(jīng)這些凹凸部位時會發(fā)生復雜的變化。在凸起部位，氣流會被壓縮加速，導致局部風速增大，壓力降低，形成負壓區(qū)；而在凹陷部位，氣流則容易形成漩渦，使得壓力分布不均勻。當兩棟存在凹凸立面造型的孿生建筑相鄰時，這些氣流變化會在兩建筑之間相互作用，加劇風致干擾效應(yīng)。例如，在某對具有凹凸立面的孿生高層建筑中，由于建筑外立面的凹凸設(shè)計，在強風作用下，氣流在兩建筑之間的凹凸部位形成了強烈的漩渦和氣流分離現(xiàn)象，導致建筑表面的風壓分布極不均勻，局部風壓值大幅增加，對建筑的圍護結(jié)構(gòu)造成了較大的壓力。這種情況下，建筑的抗風設(shè)計需要充分考慮這些局部風壓的影響，加強圍護結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。退臺設(shè)計也是常見的建筑立面造型方式之一，它對風致干擾效應(yīng)同樣有著顯著影響。退臺使得建筑的豎向輪廓發(fā)生變化，氣流在流經(jīng)退臺處時會發(fā)生氣流的跳躍和分離。在有退臺的孿生建筑中，這種氣流變化會在兩建筑之間產(chǎn)生相互作用，影響風致干擾效應(yīng)。當兩棟退臺建筑并列布置時，退臺處的氣流跳躍會導致兩建筑之間的氣流速度和壓力分布發(fā)生改變，可能在某些區(qū)域形成較強的氣流沖擊和壓力集中。同時，退臺還會改變建筑的整體空氣動力學外形，使得建筑的尾流特性發(fā)生變化，進而影響相鄰建筑的風環(huán)境。例如，在一些采用退臺設(shè)計的商業(yè)綜合體建筑中，相鄰的退臺建筑之間的風致干擾效應(yīng)較為明顯，不僅影響了建筑的風荷載分布，還對周圍的行人風環(huán)境產(chǎn)生了不利影響，需要通過合理的設(shè)計措施來改善。為了研究立面造型對風致干擾效應(yīng)的具體影響，研究人員進行了相關(guān)的實驗和模擬分析。通過風洞試驗，對具有不同凹凸和退臺設(shè)計的孿生建筑模型進行測試，測量其表面風壓和周圍流場參數(shù)。結(jié)果表明，凹凸和退臺設(shè)計會使建筑的風致干擾效應(yīng)在不同程度上增強，且干擾效應(yīng)的大小和分布與凹凸和退臺的位置、尺寸以及建筑之間的相對位置密切相關(guān)。數(shù)值模擬則進一步從流場的角度揭示了氣流在建筑立面造型影響下的復雜流動特性，為深入理解風致干擾效應(yīng)提供了有力的支持。在實際建筑設(shè)計中，考慮立面造型對風致干擾效應(yīng)的影響具有重要意義。設(shè)計師可以通過合理的立面造型設(shè)計，如優(yōu)化凹凸和退臺的位置與尺寸，來調(diào)整建筑周圍的氣流流動，減小風致干擾效應(yīng)。同時，還可以結(jié)合其他抗風設(shè)計措施，如設(shè)置導流板、優(yōu)化建筑間距等，進一步提高建筑的抗風性能，確保建筑在風荷載作用下的安全和穩(wěn)定。3.2相對位置關(guān)系3.2.1間距變化的影響孿生異形建筑之間的間距變化對風致干擾效應(yīng)有著顯著的影響。隨著間距的改變，氣流在建筑物之間的流動特性發(fā)生變化，從而導致風致干擾效應(yīng)呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。當孿生異形建筑間距較小時，氣流在兩建筑之間的通道中受到強烈的約束，流速顯著增加，形成明顯的狹道效應(yīng)。這種狹道效應(yīng)使得兩建筑相對面的風壓急劇增大，尤其是在建筑的拐角和邊緣部位，風壓值可能會達到孤立建筑時的數(shù)倍。在兩棟間距較小的孿生高層建筑中，由于狹道效應(yīng)，建筑相對面的窗戶承受了巨大的風壓，導致多扇窗戶玻璃破裂。同時，較小的間距還會使得上游建筑的尾流對下游建筑的影響加劇，下游建筑處于上游建筑的強尾流區(qū)，其表面的風壓分布變得更加不均勻，風荷載顯著增大。研究表明，當間距比（兩建筑中心線間距與建筑特征寬度之比）小于一定值時，下游建筑的順風向平均風荷載可增加20%-50%，橫風向風荷載的增幅可能更大。隨著間距逐漸增大，狹道效應(yīng)逐漸減弱，氣流在兩建筑之間的流動變得相對順暢。當間距達到一定程度時，兩建筑之間的相互干擾作用明顯減小，風致干擾效應(yīng)逐漸趨近于孤立建筑的情況。此時，建筑表面的風壓分布逐漸恢復到相對均勻的狀態(tài)，風荷載也逐漸減小至孤立建筑時的水平。通過風洞試驗和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當間距比大于5-8時，孿生異形建筑之間的風致干擾效應(yīng)可以忽略不計，建筑的風荷載主要由自身的幾何形狀和來流風特性決定。為了更準確地研究間距變化對風致干擾效應(yīng)的影響，研究人員通常采用風洞試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。在風洞試驗中，通過改變模型之間的間距，測量不同工況下建筑表面的風壓分布和風荷載大小。在數(shù)值模擬中，利用計算流體力學軟件，對不同間距條件下的流場進行精確模擬，分析氣流的速度、壓力和湍流強度等參數(shù)的變化規(guī)律。通過對試驗和模擬結(jié)果的對比分析，可以深入揭示間距變化對風致干擾效應(yīng)的影響機制，為建筑設(shè)計提供科學的依據(jù)。在實際建筑設(shè)計中，合理確定孿生異形建筑之間的間距是減小風致干擾效應(yīng)的關(guān)鍵措施之一。設(shè)計師應(yīng)根據(jù)建筑的功能需求、場地條件和抗風要求等因素，綜合考慮確定合適的間距。在城市中心等土地資源緊張的區(qū)域，雖然難以實現(xiàn)較大的間距，但可以通過優(yōu)化建筑布局和外形，如采用錯位布置、設(shè)置導流板等措施，來緩解風致干擾效應(yīng)。而在土地資源相對寬松的地區(qū)，則應(yīng)盡量增大建筑間距，以確保建筑在風荷載作用下的安全性和穩(wěn)定性。3.2.2角度差異的作用孿生異形建筑之間的相對角度差異也是影響風致干擾效應(yīng)的重要因素之一。不同的相對角度會導致氣流在建筑物之間的流動路徑和相互作用方式發(fā)生變化，進而對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生顯著影響。當孿生異形建筑呈平行布置時，氣流在兩建筑之間的流動相對較為規(guī)則，主要表現(xiàn)為狹道效應(yīng)和尾流效應(yīng)。在這種情況下，狹道效應(yīng)使得兩建筑相對面的風壓增大，而尾流效應(yīng)則對下游建筑的風荷載產(chǎn)生影響。兩棟平行布置的孿生高層建筑，在強風作用下，兩建筑之間的狹道區(qū)域風速明顯增大，相對面的風壓升高，同時下游建筑由于處于上游建筑的尾流區(qū)，其表面風壓分布不均勻，風荷載有所增加。隨著相對角度的逐漸改變，氣流在建筑物之間的流動變得更加復雜。當建筑呈一定角度布置時，氣流在繞過建筑時會發(fā)生偏轉(zhuǎn)和分離，形成復雜的漩渦和氣流相互作用區(qū)域。在這個過程中，建筑表面的風壓分布會發(fā)生顯著變化，風致干擾效應(yīng)也會相應(yīng)改變。例如，當兩棟建筑呈45°夾角布置時，氣流在兩建筑之間的流動不再規(guī)則，會形成多個漩渦中心，導致建筑表面的風壓分布極不均勻，局部區(qū)域的風壓值可能會出現(xiàn)異常增大或減小的情況。這種復雜的氣流流動和壓力分布變化會對建筑的圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生較大影響，增加了建筑抗風設(shè)計的難度。相對角度的變化還會影響風致干擾效應(yīng)的方向性。在不同的風向角下，建筑之間的相對角度對風致干擾效應(yīng)的影響也不同。在某些風向角下，特定的相對角度可能會導致風致干擾效應(yīng)增強，而在其他風向角下則可能減弱。因此，在研究風致干擾效應(yīng)時，需要綜合考慮風向角和相對角度的共同作用。通過風洞試驗和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當風向與建筑相對角度形成特定夾角時，可能會引發(fā)共振現(xiàn)象，使得建筑的振動響應(yīng)急劇增大，對建筑的安全性構(gòu)成嚴重威脅。為了深入了解相對角度差異對風致干擾效應(yīng)的作用機制，研究人員采用了多種研究方法。風洞試驗中，通過調(diào)整模型之間的相對角度，測量不同工況下建筑表面的風壓、風荷載以及結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)等參數(shù)。數(shù)值模擬則利用先進的計算流體力學算法，對不同相對角度下的流場進行精細模擬，分析氣流的流動特性和壓力分布規(guī)律。通過對試驗和模擬結(jié)果的深入分析，可以揭示相對角度差異對風致干擾效應(yīng)的影響規(guī)律，為建筑設(shè)計提供更全面的參考。在實際建筑設(shè)計中，考慮孿生異形建筑之間的相對角度差異對于優(yōu)化建筑布局和抗風設(shè)計具有重要意義。設(shè)計師可以通過合理調(diào)整建筑的相對角度，利用氣流的自然流動特性，減小風致干擾效應(yīng)。在設(shè)計過程中，可以通過多方案的對比分析，選擇風致干擾效應(yīng)最小的建筑相對角度，同時結(jié)合其他抗風措施，如設(shè)置防風屏障、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式等，提高建筑的抗風性能，確保建筑在各種風況下的安全和穩(wěn)定。3.3環(huán)境因素3.3.1地貌類型的影響地貌類型是影響孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的重要環(huán)境因素之一。不同的地貌類型，如B類地貌（指有密集建筑群的城市市區(qū)）和D類地貌（指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)），具有不同的地形特征和地表粗糙度，這會導致風場特性發(fā)生顯著變化，進而對風致干擾效應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。在B類地貌中，由于建筑群相對較為稀疏，地表粗糙度相對較小，風在傳播過程中受到的阻礙相對較小，氣流較為順暢。當孿生異形建筑處于B類地貌時，風致干擾效應(yīng)相對較弱。在這種地貌條件下，氣流能夠較為自由地繞過建筑，建筑之間的氣流相互作用相對較小，風荷載的分布相對較為均勻。在一些城市的新區(qū)，建筑布局相對較為寬松，B類地貌特征明顯，相鄰的孿生異形建筑之間的風致干擾效應(yīng)并不明顯，建筑所承受的風荷載與孤立狀態(tài)下的差異較小。然而，在D類地貌中，情況則截然不同。D類地貌中建筑群高度密集且房屋較高，地表粗糙度大，風在傳播過程中會受到強烈的阻礙，導致風場變得復雜。當孿生異形建筑處于D類地貌時，風致干擾效應(yīng)會顯著增強。在這類地貌中，氣流在建筑物之間頻繁受阻、轉(zhuǎn)向和分離，形成復雜的漩渦和湍流。這些漩渦和湍流會加劇建筑之間的氣流相互作用，使得風荷載分布更加不均勻，局部風壓顯著增大。在城市的中心商務(wù)區(qū)，高樓林立，D類地貌特征顯著，相鄰的孿生異形建筑之間的風致干擾效應(yīng)十分明顯，建筑表面的風壓分布呈現(xiàn)出復雜的變化，一些局部區(qū)域的風壓甚至可能超過設(shè)計值的數(shù)倍，對建筑的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成嚴重威脅。地貌類型還會影響風場的湍流強度和邊界層厚度。在D類地貌中，由于建筑物的阻擋和摩擦作用，風場的湍流強度明顯增大，邊界層厚度也會增加。這些變化會進一步影響氣流在建筑物周圍的流動特性，增強風致干擾效應(yīng)。較高的湍流強度會導致氣流的脈動加劇，使得建筑所承受的風荷載的脈動成分增加，從而增加結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。而增厚的邊界層會使氣流在建筑表面的分離點提前，增大建筑的阻力系數(shù)，進一步增大風荷載。為了研究地貌類型對風致干擾效應(yīng)的影響，研究人員通常采用風洞試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。在風洞試驗中，通過模擬不同地貌類型的風場，對孿生異形建筑模型進行測試，獲取風荷載和表面風壓數(shù)據(jù)。在數(shù)值模擬中，利用計算流體力學軟件，建立不同地貌條件下的風場模型，分析氣流的流動特性和干擾效應(yīng)。通過對試驗和模擬結(jié)果的對比分析，可以深入了解地貌類型對風致干擾效應(yīng)的影響機制，為建筑設(shè)計提供科學依據(jù)。在實際建筑設(shè)計中，考慮地貌類型對風致干擾效應(yīng)的影響至關(guān)重要。對于處于D類地貌的孿生異形建筑，設(shè)計師應(yīng)采取更加嚴格的抗風設(shè)計措施，如增加結(jié)構(gòu)的強度和剛度、優(yōu)化建筑外形和布局等，以提高建筑的抗風性能。同時，還可以通過設(shè)置防風屏障、增加建筑間距等措施，減小風致干擾效應(yīng)的影響，確保建筑在強風作用下的安全和穩(wěn)定。3.3.2風速風向的作用風速和風向是影響孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的關(guān)鍵因素，它們的變化會導致風致干擾效應(yīng)呈現(xiàn)出復雜的變化規(guī)律。風速的大小直接影響風荷載的大小。隨著風速的增加，作用在建筑上的風荷載也會相應(yīng)增大。在孿生異形建筑中，風速的變化不僅會影響單體建筑的風荷載，還會改變建筑之間的氣流相互作用，從而影響風致干擾效應(yīng)。當風速較低時，氣流在建筑之間的流動相對較為平穩(wěn)，風致干擾效應(yīng)相對較弱。隨著風速的逐漸增大，氣流的動能增加，建筑之間的氣流相互作用加劇，風致干擾效應(yīng)也會增強。在強風條件下，如臺風、颶風等，風速極高，建筑所承受的風荷載大幅增加，風致干擾效應(yīng)可能會導致建筑結(jié)構(gòu)的破壞。在一些沿海地區(qū)，臺風來襲時，相鄰的孿生異形建筑由于風致干擾效應(yīng)，出現(xiàn)了外墻脫落、門窗損壞等情況，嚴重影響了建筑的正常使用和安全。風向的改變會導致氣流在建筑周圍的流動路徑發(fā)生變化，進而影響風致干擾效應(yīng)。不同的風向角下，建筑之間的相對位置關(guān)系對風致干擾效應(yīng)的影響也不同。在某些風向角下，建筑之間可能會形成狹道效應(yīng)，使得兩建筑相對面的風壓急劇增大；而在其他風向角下，可能會出現(xiàn)遮擋效應(yīng)，導致下游建筑的風荷載減小。當風向垂直于兩棟孿生異形建筑的連線時，狹道效應(yīng)最為明顯，兩建筑相對面的風壓顯著增大，對建筑的圍護結(jié)構(gòu)造成較大壓力。而當風向與建筑連線平行時，遮擋效應(yīng)較為突出，下游建筑處于上游建筑的尾流區(qū)，風荷載相對較小，但尾流的不穩(wěn)定性可能會引發(fā)建筑的振動。風速和風向的組合變化會使風致干擾效應(yīng)更加復雜。在不同的風速和風向組合下，建筑周圍的流場特性會發(fā)生顯著變化，導致風致干擾效應(yīng)呈現(xiàn)出多樣化的特征。在高風速且風向與建筑夾角較大的情況下，氣流在建筑之間的流動更加紊亂，風致干擾效應(yīng)可能會達到最大值。這種情況下，建筑表面的風壓分布極不均勻，局部區(qū)域的風壓值可能會遠超設(shè)計值，對建筑的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成極大威脅。為了深入研究風速和風向?qū)︼L致干擾效應(yīng)的作用，研究人員通常采用風洞試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測等方法。在風洞試驗中，通過改變風速和風向，對孿生異形建筑模型進行測試，獲取不同工況下的風荷載和表面風壓數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬則利用先進的計算流體力學算法，對不同風速和風向條件下的流場進行精確模擬，分析氣流的速度、壓力和湍流強度等參數(shù)的變化規(guī)律?，F(xiàn)場實測則是在實際建筑周圍設(shè)置風速儀、風壓傳感器等設(shè)備，實時監(jiān)測風速和風向的變化以及建筑所承受的風荷載，為研究提供真實可靠的數(shù)據(jù)支持。在實際建筑設(shè)計中，充分考慮風速和風向?qū)︼L致干擾效應(yīng)的影響是保障建筑安全的重要措施。設(shè)計師應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料，分析不同風速和風向出現(xiàn)的頻率和強度，結(jié)合建筑的功能需求和場地條件，合理設(shè)計建筑的外形、布局和結(jié)構(gòu)形式，以減小風致干擾效應(yīng)的影響。在建筑布局時，可以根據(jù)當?shù)刂鲗эL向，合理調(diào)整建筑的朝向和間距，避免在強風方向上形成狹道效應(yīng)或遮擋效應(yīng)。同時，還可以通過設(shè)置導流板、防風墻等措施，引導氣流的流動，降低風致干擾效應(yīng)，確保建筑在各種風況下的安全和穩(wěn)定。四、風致干擾效應(yīng)的研究方法4.1風洞試驗4.1.1試驗原理與流程風洞試驗是研究孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的重要手段之一，其基本原理基于運動的相對性原理和相似性原理。根據(jù)運動的相對性原理，當建筑模型固定在風洞中，讓氣流以一定速度流過模型時，所產(chǎn)生的空氣動力與建筑在實際風中運動時所受到的空氣動力是等效的。這就使得我們能夠在實驗室環(huán)境中，通過模擬氣流對建筑模型的作用，來研究建筑在真實風環(huán)境下的風致干擾效應(yīng)。相似性原理則要求模型與實際建筑在幾何形狀、運動狀態(tài)、受力情況等方面滿足相似條件。在幾何相似方面，模型的形狀應(yīng)與實際建筑完全相似，且各部分尺寸按照一定的比例縮小，這個比例稱為幾何縮尺比。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)風洞試驗的幾何縮尺比選擇在1:50到1:200左右，既能充分反映原型建筑物的結(jié)構(gòu)特征和流場特性，又能滿足風洞試驗的空間限制。在運動相似方面，模型周圍氣流的速度分布應(yīng)與實際建筑周圍的氣流速度分布相似，這就需要根據(jù)相似準則，精確控制風洞中的風速。在受力相似方面，作用在模型上的各種力，如風力、慣性力、粘性力等，應(yīng)與實際建筑上的相應(yīng)力成比例。通過滿足這些相似條件，風洞試驗的結(jié)果可以有效地推算到實際建筑中，為建筑設(shè)計和分析提供可靠依據(jù)。風洞試驗的具體流程涵蓋多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都對試驗結(jié)果的準確性和可靠性有著重要影響。模型制作是風洞試驗的首要步驟，也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。模型的質(zhì)量直接關(guān)系到試驗結(jié)果的精度，因此必須嚴格按照實際建筑的比例和細節(jié)進行制作。首先，根據(jù)實際建筑的設(shè)計圖紙，確定模型的幾何縮尺比。然后，選用合適的材料進行制作，常見的模型材料包括木材、塑料、金屬等，需根據(jù)不同的試驗目的和要求進行選擇。例如，對于一些對模型剛度要求較高的試驗，可能會選擇金屬材料；而對于一些對模型制作工藝要求較高、需要精細加工的試驗，則可能會選擇塑料或木材。在制作過程中，要確保模型的形狀、尺寸與實際建筑完全一致，模型表面應(yīng)光滑無縫，不能有影響氣流的凹凸不平。同時，模型還應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，能夠經(jīng)受強風作用而不發(fā)生移位或變形。對于孿生異形建筑模型，由于其外形復雜，制作難度較大，需要采用先進的制造技術(shù)和工藝，如3D打印技術(shù)等，以確保模型能夠準確地再現(xiàn)實際建筑的復雜外形和結(jié)構(gòu)細節(jié)。風場模擬是風洞試驗的核心環(huán)節(jié)之一，其目的是在風洞中營造出與實際風環(huán)境相似的氣流條件。不同的地貌類型具有不同的風場特性，如風速剖面、湍流強度等，因此在進行風場模擬時，需要根據(jù)實際建筑所處的地貌類型，如B類地貌（指有密集建筑群的城市市區(qū)）、D類地貌（指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)）等，來調(diào)整風洞的參數(shù)。通過在風洞前段設(shè)置尖塔、立方體粗糙元和鋸齒帶等擾流裝置，以及調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速和葉片角度等，可以使試驗段的風剖面在風速、湍流度等方面與理論風剖面相吻合。在模擬B類地貌風場時，需要根據(jù)B類地貌的風速剖面和湍流強度特點，合理設(shè)置擾流裝置和風機參數(shù)，使風洞中的風場能夠準確地模擬實際的B類地貌風環(huán)境。同時，還需要對風場的均勻性和穩(wěn)定性進行檢測，確保風場滿足試驗要求。數(shù)據(jù)測量是風洞試驗獲取關(guān)鍵信息的重要環(huán)節(jié)，通過在模型表面布設(shè)各種傳感器，能夠精確測量模型在風荷載作用下的各項參數(shù)。壓力傳感器是常用的測量設(shè)備之一，通過在模型表面按照一定的布局方式布置壓力傳感器，可以測量模型表面不同位置的靜壓分布。這些靜壓數(shù)據(jù)對于分析建筑表面的風壓分布、確定風荷載的大小和分布規(guī)律具有重要意義。風速儀則用于測量風洞中的風速，通過在不同位置和高度設(shè)置風速儀，可以獲取風場的速度分布信息，了解氣流在模型周圍的流動特性。在測量過程中，需要對傳感器進行校準，確保測量數(shù)據(jù)的準確性。同時，還需要對測量數(shù)據(jù)進行實時采集和記錄，以便后續(xù)的分析和處理。為了提高數(shù)據(jù)測量的精度和效率，還可以采用先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動化測量設(shè)備，實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的快速、準確采集。4.1.2案例分析：[具體項目]風洞試驗以某城市的一對孿生異形超高層建筑風洞試驗為例，該項目位于城市中心的D類地貌區(qū)域，兩棟建筑高度均為300米，平面形狀為不規(guī)則多邊形，立面造型具有獨特的凹凸和退臺設(shè)計。由于其特殊的地理位置和復雜的建筑外形，風致干擾效應(yīng)可能對建筑的結(jié)構(gòu)安全和正常使用產(chǎn)生顯著影響，因此開展風洞試驗具有重要的現(xiàn)實意義。在模型制作環(huán)節(jié)，嚴格按照1:200的幾何縮尺比，選用高強度鋁合金材料制作模型。利用先進的數(shù)控加工技術(shù)，確保模型的形狀和尺寸與實際建筑高度吻合，模型表面經(jīng)過精細打磨處理，粗糙度符合試驗要求。同時，在模型內(nèi)部設(shè)置了加強結(jié)構(gòu)，以保證模型在風洞試驗中的穩(wěn)定性，防止因風力作用而發(fā)生變形或損壞。風場模擬過程中，針對D類地貌的特點，在風洞前段精心布置了尖塔、立方體粗糙元和鋸齒帶等擾流裝置，并通過多次調(diào)試風機的轉(zhuǎn)速和葉片角度，成功模擬出了與實際D類地貌風場相似的風速剖面和湍流強度分布。經(jīng)檢測，風洞試驗段的平均風速和湍流度分布與理論值的偏差均控制在允許范圍內(nèi)，滿足試驗要求，為后續(xù)的數(shù)據(jù)測量提供了可靠的風場條件。在數(shù)據(jù)測量階段，在模型表面均勻布置了500個高精度壓力傳感器，覆蓋了建筑的各個關(guān)鍵部位，包括迎風面、背風面、側(cè)面以及凹凸和退臺部位等。同時，在風洞的不同位置和高度安裝了10個風速儀，用于測量風場的速度分布。在不同風速和風向條件下進行試驗，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄模型表面的靜壓和風速數(shù)據(jù)。在風速為20m/s、風向角為0°（垂直于兩建筑連線）的工況下，采集到了模型表面的靜壓數(shù)據(jù)，并繪制出了風壓系數(shù)分布圖。通過對試驗數(shù)據(jù)的深入分析，獲得了一系列有價值的結(jié)果。在風壓分布方面，發(fā)現(xiàn)兩建筑相對面在狹道效應(yīng)的影響下，風壓顯著增大，局部風壓系數(shù)最大值達到了3.5，遠高于孤立建筑時的風壓系數(shù)。這表明在風致干擾效應(yīng)的作用下，建筑的圍護結(jié)構(gòu)承受著更大的壓力，對其強度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。在風致干擾效應(yīng)與建筑間距的關(guān)系上，隨著建筑間距的減小，狹道效應(yīng)愈發(fā)明顯，風致干擾效應(yīng)增強；當間距增大到一定程度時，風致干擾效應(yīng)逐漸減弱。具體來說，當間距比（兩建筑中心線間距與建筑特征寬度之比）從3減小到2時，下游建筑的順風向平均風荷載增加了30%；而當間距比從5增大到6時，風致干擾效應(yīng)基本可以忽略不計。在風向角對風致干擾效應(yīng)的影響方面，不同風向角下建筑所承受的風荷載大小和分布存在明顯差異。當風向角為45°時，建筑表面的風壓分布最為復雜，出現(xiàn)了多個壓力峰值和谷值區(qū)域，這是由于氣流在建筑的凹凸和退臺部位發(fā)生了復雜的分離和再附現(xiàn)象，導致風壓分布極不均勻。該風洞試驗結(jié)果為該孿生異形超高層建筑的抗風設(shè)計提供了重要依據(jù)。設(shè)計師根據(jù)試驗結(jié)果，對建筑的圍護結(jié)構(gòu)進行了加強設(shè)計，增加了墻體和門窗的強度，以應(yīng)對風致干擾效應(yīng)帶來的較大風壓。在建筑布局方面，適當調(diào)整了兩建筑之間的間距，使其達到了既能滿足功能需求，又能有效減小風致干擾效應(yīng)的最佳值。同時，在建筑的外形設(shè)計上，對凹凸和退臺部位進行了優(yōu)化，通過設(shè)置導流板等措施，引導氣流的流動，降低局部風壓，提高了建筑的抗風性能。4.2數(shù)值模擬4.2.1CFD模擬技術(shù)CFD（ComputationalFluidDynamics）模擬技術(shù)，即計算流體力學，是一種通過數(shù)值計算和計算機圖形學，對包含有流體流動和熱傳導等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進行分析的技術(shù)。其基本原理是基于流體運動的基本控制方程，包括質(zhì)量守恒方程（連續(xù)性方程）、動量守恒方程（Navier-Stokes方程）和能量守恒方程。這些方程描述了流體的基本物理特性和運動規(guī)律，是CFD模擬的理論基礎(chǔ)。連續(xù)性方程表示在流體運動過程中，單位時間內(nèi)流入和流出控制體的質(zhì)量差等于控制體內(nèi)質(zhì)量的變化率，其數(shù)學表達式為\frac{\partial\rho}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho\vec{v})=0，其中\(zhòng)rho為流體密度，\vec{v}為速度矢量，t為時間。該方程確保了流體在流動過程中的質(zhì)量守恒，是描述流體運動的基本前提。動量守恒方程，即Navier-Stokes方程，是牛頓第二定律在流體力學中的具體體現(xiàn)，它描述了流體的動量變化與所受外力之間的關(guān)系。其矢量形式為\rho(\frac{\partial\vec{v}}{\partialt}+\vec{v}\cdot\nabla\vec{v})=-\nablap+\nabla\cdot\tau+\rho\vec{g}，其中p為壓力，\tau為粘性應(yīng)力張量，\vec{g}為重力加速度。該方程考慮了流體的慣性力、壓力梯度力、粘性力和重力等因素，是CFD模擬中最為關(guān)鍵的方程之一，它反映了流體運動的動力學特性。能量守恒方程則描述了流體在流動過程中的能量變化，包括內(nèi)能、動能和勢能等。在考慮熱傳導和粘性耗散的情況下，其一般形式較為復雜，但在一些簡化情況下，如不可壓縮流體且忽略粘性耗散時，能量守恒方程可簡化為\rhoc_p(\frac{\partialT}{\partialt}+\vec{v}\cdot\nablaT)=k\nabla^2T，其中c_p為定壓比熱容，T為溫度，k為熱導率。該方程在涉及熱傳遞的流體問題中起著重要作用，它確保了能量在流體系統(tǒng)中的守恒。在實際應(yīng)用CFD模擬技術(shù)研究風致干擾效應(yīng)時，首先需要根據(jù)研究對象和問題的特點，建立合適的物理模型。對于孿生異形建筑，需要準確地構(gòu)建其三維幾何模型，包括建筑的外形、尺寸、相對位置等關(guān)鍵信息。利用專業(yè)的建模軟件，如SolidWorks、ANSYSDesignModeler等，將建筑的設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為精確的三維模型，確保模型能夠真實地反映實際建筑的幾何特征。在建立幾何模型后，需要對模型進行網(wǎng)格劃分，將計算區(qū)域離散為有限個小的控制體。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量直接影響到計算結(jié)果的準確性和計算效率。對于復雜的孿生異形建筑模型，通常采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，如四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格，以更好地適應(yīng)模型的復雜形狀。在網(wǎng)格劃分過程中，需要根據(jù)模型的特點和計算精度要求，合理控制網(wǎng)格的尺寸和分布。在建筑的表面和關(guān)鍵部位，如拐角、凹凸處等，加密網(wǎng)格以提高計算精度；而在遠離建筑的區(qū)域，適當增大網(wǎng)格尺寸以減少計算量。為了提高網(wǎng)格質(zhì)量，還可以采用網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)，如網(wǎng)格平滑、網(wǎng)格加密與稀疏等操作，確保網(wǎng)格的質(zhì)量滿足計算要求。選擇合適的湍流模型也是CFD模擬中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。湍流是一種高度復雜的不規(guī)則流動，在風致干擾效應(yīng)研究中，湍流模型的選擇對模擬結(jié)果的準確性有著重要影響。常見的湍流模型包括標準k-\epsilon模型、RNGk-\epsilon模型、Realizablek-\epsilon模型以及k-\omega系列模型等。標準k-\epsilon模型是應(yīng)用最為廣泛的湍流模型之一，它通過求解湍動能k和湍動能耗散率\epsilon的輸運方程來模擬湍流。該模型在處理一般的湍流流動時具有較好的計算效率和精度，但在處理一些復雜的流動現(xiàn)象，如強旋流、邊界層分離等問題時，存在一定的局限性。RNGk-\epsilon模型是在標準k-\epsilon模型的基礎(chǔ)上，通過重整化群理論對湍流粘性系數(shù)進行修正，使其在處理高應(yīng)變率和強旋轉(zhuǎn)流動時具有更好的性能。Realizablek-\epsilon模型則在湍動能耗散率方程中引入了新的產(chǎn)生項和耗散項，能夠更好地模擬復雜的湍流流動，特別是在預測邊界層分離和二次流等方面表現(xiàn)出色。k-\omega系列模型，如SSTk-\omega模型，結(jié)合了k-\epsilon模型和k-\omega模型的優(yōu)點，在近壁區(qū)域采用k-\omega模型，而在遠場區(qū)域采用k-\epsilon模型，能夠更準確地模擬邊界層流動和復雜的湍流現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的研究問題和流場特點，選擇合適的湍流模型。通過對不同湍流模型的模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行對比分析，評估模型的適用性和準確性，從而選擇出最適合的湍流模型。設(shè)置合理的邊界條件也是CFD模擬成功的關(guān)鍵。邊界條件定義了計算區(qū)域邊界上的物理量值或其變化規(guī)律。在風致干擾效應(yīng)研究中，常見的邊界條件包括入口邊界條件、出口邊界條件、壁面邊界條件和對稱邊界條件等。入口邊界條件通常指定來流的風速、風向、溫度等參數(shù)。對于風洞試驗模擬，入口邊界條件可根據(jù)實際風洞試驗的風速剖面和湍流強度進行設(shè)置；對于實際建筑風場模擬，入口邊界條件則需根據(jù)當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)和地形條件進行確定。出口邊界條件一般采用自由出流邊界條件，即假設(shè)出口處的壓力為已知的環(huán)境壓力，且流體的速度梯度為零。壁面邊界條件用于描述流體與固體壁面之間的相互作用，通常采用無滑移邊界條件，即壁面處流體的速度為零，同時考慮壁面的粗糙度對流動的影響。對稱邊界條件則用于簡化計算模型，當計算區(qū)域具有對稱性時，可以采用對稱邊界條件，減少計算量。在設(shè)置邊界條件時，需要確保邊界條件的合理性和準確性，以保證模擬結(jié)果的可靠性。同時，還需要注意邊界條件的一致性和協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)邊界條件不匹配導致的計算誤差。通過CFD模擬，可以得到建筑周圍流場的詳細信息，如風速分布、壓力分布、湍流強度分布等。這些信息對于分析風致干擾效應(yīng)具有重要意義。通過觀察風速分布云圖，可以直觀地了解氣流在建筑周圍的流動路徑和速度變化情況，確定氣流的加速、減速區(qū)域以及漩渦的形成位置。壓力分布云圖則能夠清晰地展示建筑表面的壓力分布情況，確定迎風面的高壓區(qū)域和背風面的低壓區(qū)域，以及由于風致干擾效應(yīng)導致的局部壓力異常增大或減小的區(qū)域。湍流強度分布云圖可以幫助研究人員了解湍流的強度和分布范圍，分析湍流對風致干擾效應(yīng)的影響。通過對這些流場信息的分析，可以深入揭示風致干擾效應(yīng)的機理，為建筑的抗風設(shè)計提供有力的支持。4.2.2案例分析：[具體項目]CFD模擬以某海濱城市的一對孿生異形酒店建筑為例，該項目位于城市的濱海區(qū)域，建筑高度均為150米，平面形狀為不規(guī)則的菱形，立面造型具有獨特的傾斜和退臺設(shè)計。由于其靠近海邊，常年受到強風的影響，且兩建筑相鄰較近，風致干擾效應(yīng)可能對建筑的結(jié)構(gòu)安全和室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，因此采用CFD模擬對其風致干擾效應(yīng)進行研究具有重要的實際意義。在CFD模擬過程中，首先利用專業(yè)的建模軟件，根據(jù)建筑的設(shè)計圖紙，精確構(gòu)建了兩棟酒店建筑的三維幾何模型。在建模過程中，充分考慮了建筑的傾斜角度、退臺尺寸以及兩建筑之間的相對位置關(guān)系等細節(jié)，確保模型能夠準確反映實際建筑的幾何特征。然后，對模型進行了精細的網(wǎng)格劃分，采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格對計算區(qū)域進行離散。在建筑表面和兩建筑之間的狹縫區(qū)域，加密網(wǎng)格以提高計算精度，保證能夠準確捕捉到氣流在這些關(guān)鍵部位的流動特性。經(jīng)過多次調(diào)試和優(yōu)化，最終生成了高質(zhì)量的網(wǎng)格模型，網(wǎng)格總數(shù)達到了500萬個，滿足了計算精度的要求。湍流模型選擇了Realizablek-\epsilon模型，該模型在處理復雜的湍流流動和邊界層分離等問題上具有較好的性能，能夠更準確地模擬該孿生異形建筑周圍的復雜流場。邊界條件設(shè)置如下：入口邊界采用速度入口邊界條件，根據(jù)當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，設(shè)定來流風速為25m/s，風向與兩建筑連線成30°夾角，同時給定入口處的湍流強度和湍流尺度；出口邊界采用自由出流邊界條件；建筑壁面采用無滑移邊界條件，并考慮了壁面的粗糙度；對稱邊界條件則根據(jù)模型的對稱性進行合理設(shè)置，以減少計算量。通過CFD模擬，得到了豐富的模擬結(jié)果。在風速分布方面，模擬結(jié)果顯示，在兩建筑之間的狹縫區(qū)域，風速顯著增大，形成了明顯的狹道效應(yīng)。狹縫中心區(qū)域的風速最高可達來流風速的1.5倍，這表明該區(qū)域的氣流加速明顯，對建筑的圍護結(jié)構(gòu)和行人風環(huán)境可能產(chǎn)生較大影響。在建筑的拐角和退臺部位，由于氣流的分離和再附，形成了復雜的漩渦結(jié)構(gòu)，導致風速分布極不均勻，局部區(qū)域的風速變化較大。在壓力分布方面，模擬結(jié)果表明，建筑的迎風面受到較大的正壓力，最大風壓系數(shù)達到了1.2，而背風面則形成了明顯的負壓區(qū)，最小風壓系數(shù)為-0.8。在兩建筑相對面，由于狹道效應(yīng)的影響，風壓顯著增大，局部風壓系數(shù)最大值達到了2.0，遠高于孤立建筑時的風壓系數(shù)。這表明在風致干擾效應(yīng)的作用下，建筑的圍護結(jié)構(gòu)承受著更大的壓力，對其強度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。將CFD模擬結(jié)果與風洞試驗數(shù)據(jù)進行對比驗證，發(fā)現(xiàn)兩者在風速分布和壓力分布的趨勢上基本一致，但在某些局部區(qū)域存在一定的差異。在建筑拐角處的壓力峰值，CFD模擬結(jié)果略高于風洞試驗數(shù)據(jù)。這可能是由于CFD模擬中湍流模型的局限性以及網(wǎng)格劃分的精度等因素導致的。盡管存在這些差異，但CFD模擬結(jié)果總體上能夠較好地反映風致干擾效應(yīng)的基本特征，為建筑的抗風設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)。CFD模擬在研究風致干擾效應(yīng)中具有明顯的優(yōu)勢。它能夠快速、高效地對不同工況下的風致干擾效應(yīng)進行模擬分析，節(jié)省了大量的時間和成本。通過CFD模擬，可以獲得建筑周圍流場的詳細信息，包括風速、壓力、湍流強度等參數(shù)的分布情況，這些信息是風洞試驗難以全面獲取的。CFD模擬還具有靈活性，可以方便地改變建筑的外形、布局和邊界條件等參數(shù)，進行參數(shù)化研究，深入分析各因素對風致干擾效應(yīng)的影響規(guī)律。然而，CFD模擬也存在一定的局限性。由于CFD模擬是基于數(shù)值計算和模型假設(shè)，其結(jié)果受到湍流模型、網(wǎng)格質(zhì)量、邊界條件等因素的影響較大。不同的湍流模型對同一問題的模擬結(jié)果可能存在差異，選擇合適的湍流模型需要豐富的經(jīng)驗和對問題的深入理解。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響計算結(jié)果的準確性，高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分需要耗費大量的時間和計算資源。邊界條件的設(shè)置也具有一定的主觀性，不合理的邊界條件可能導致模擬結(jié)果的偏差。CFD模擬結(jié)果的準確性還需要通過與實驗數(shù)據(jù)或?qū)嶋H觀測結(jié)果進行對比驗證，以確保其可靠性。4.3理論分析4.3.1解析方法解析方法是研究風致干擾效應(yīng)的重要理論手段之一，它基于一些基本的物理理論和數(shù)學模型，通過嚴密的數(shù)學推導來求解建筑周圍的氣流流動和受力情況。在風致干擾效應(yīng)研究中，基于勢流理論和邊界層理論的解析方法具有重要的應(yīng)用價值。勢流理論是流體力學中的重要理論之一，它假設(shè)流體是無粘性、不可壓縮的理想流體，流動是無旋的。在這種假設(shè)下，流場可以用速度勢函數(shù)來描述。對于孿生異形建筑周圍的流場分析，勢流理論可以通過求解拉普拉斯方程來得到速度勢函數(shù)，進而確定流場的速度分布和壓力分布。在一些簡單的建筑外形和流場條件下，利用勢流理論可以得到較為精確的解析解。對于單個孤立的圓形建筑，在均勻來流的情況下，通過勢流理論可以準確地計算出建筑周圍的速度場和壓力場分布。然而，對于復雜的孿生異形建筑，由于其外形的不規(guī)則性和氣流的相互干擾，直接應(yīng)用勢流理論求解往往面臨困難。此時，需要結(jié)合一些近似方法或數(shù)值技巧來簡化問題，如采用鏡像法、奇點分布法等。鏡像法是通過在建筑周圍虛擬地設(shè)置鏡像源，將復雜的邊界條件轉(zhuǎn)化為簡單的邊界條件，從而利用勢流理論求解。奇點分布法則是將流場中的奇點（如點源、點匯、偶極子等）按照一定的規(guī)律分布在建筑表面，通過求解奇點的強度來得到流場的解。這些方法在一定程度上可以解決孿生異形建筑風致干擾效應(yīng)的解析求解問題，但對于復雜的流場情況，仍然存在一定的局限性。邊界層理論則側(cè)重于研究流體在固體表面附近的流動特性。當氣流流經(jīng)建筑表面時，由于粘性的作用，在建筑表面會形成一層速度逐漸變化的邊界層。邊界層的厚度和特性對建筑的風荷載和氣流繞流特性有著重要影響。在風致干擾效應(yīng)研究中，邊界層理論可以用于分析氣流在建筑表面的邊界層分離、再附等現(xiàn)象對風荷載的影響。根據(jù)邊界層理論，當氣流遇到建筑表面的障礙物或拐角時，邊界層可能會發(fā)生分離，形成漩渦，導致建筑表面的壓力分布發(fā)生變化，從而影響風致干擾效應(yīng)。邊界層的厚度和穩(wěn)定性也會影響氣流對建筑表面的侵蝕作用，進而影響建筑的耐久性。在實際應(yīng)用中，邊界層理論通常與其他理論或方法相結(jié)合，如與勢流理論結(jié)合，先利用勢流理論求解外部流場，再通過邊界層理論分析邊界層內(nèi)的流動特性；或者與實驗數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過實驗測量邊界層的參數(shù)，驗證和改進理論模型。解析方法在風致干擾效應(yīng)研究中具有重要的意義。它可以從理論上揭示風致干擾效應(yīng)的內(nèi)在物理機制，為風洞試驗和數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)和指導。通過解析方法得到的結(jié)果可以幫助研究人員理解風荷載的分布規(guī)律和氣流的流動特性，從而為建筑的抗風設(shè)計提供理論依據(jù)。解析方法也存在一定的局限性。它通常需要對問題進行大量的簡化和假設(shè)，對于復雜的孿生異形建筑和實際的風場條件，解析解往往難以得到，或者得到的解與實際情況存在較大的偏差。因此，在實際研究中，解析方法通常需要與其他方法相結(jié)合，相互補充，以提高研究結(jié)果的準確性和可靠性。4.3.2半經(jīng)驗公式半經(jīng)驗公式是在理論分析和實驗研究的基礎(chǔ)上，通過對大量實驗數(shù)據(jù)的總結(jié)和歸納得到的，它在風致干擾效應(yīng)研究中具有廣泛的應(yīng)用。這些公式結(jié)合了理論推導和實際觀測的結(jié)果，能夠在一定程度上估算風致干擾效應(yīng)，為工程設(shè)計提供了一種簡便而有效的方法。在風致干擾效應(yīng)研究中，常用的半經(jīng)驗公式主要用于估算建筑所承受的風荷載。這些公式通?？紤]了建筑的幾何形狀、相對位置關(guān)系、地貌類型以及風速風向等因素對風荷載的影響。其中，一些公式是基于對特定類型建筑的實驗研究得到的，具有一定的針對性；而另一些公式則是通過對多種建筑類型和工況的綜合分析得出的，具有更廣泛的適用性。對于孿生異形建筑，由于其幾何形狀和空間布局的復雜性，風致干擾效應(yīng)較為復雜，目前還沒有統(tǒng)一的半經(jīng)驗公式能夠完全準確地描述其風荷載特性。但是，研究人員通過對大量相似建筑的風洞試驗和數(shù)值模擬結(jié)果進行分析，提出了一些適用于孿生異形建筑的半經(jīng)驗公式或修正系數(shù)。這些公式和系數(shù)通常是在傳統(tǒng)的風荷載計算方法的基礎(chǔ)上，考慮了孿生異形建筑的特殊因素，如建筑之間的相互遮擋、狹道效應(yīng)等。以估算孿生異形建筑之間的狹道效應(yīng)引起的風壓增大為例，一些半經(jīng)驗公式通過引入狹道效應(yīng)系數(shù)來修正建筑表面的風壓。狹道效應(yīng)系數(shù)通常與建筑之間的間距、相對角度以及建筑的幾何形狀等因素有關(guān)。通過對大量實驗數(shù)據(jù)的擬合和分析，得到了狹道效應(yīng)系數(shù)與這些因素之間的函數(shù)關(guān)系。在某對特定形狀的孿生異形建筑中，通過風洞試驗和數(shù)據(jù)分析，得到狹道效應(yīng)系數(shù)K與間距比d/B（d為兩建筑中心線間距，B為建筑特征寬度）以及相對角度\theta的關(guān)系為K=1+0.5(d/B)^{-1.5}\sin^2\theta。當已知建筑的間距比和相對角度時，就可以利用這個公式計算出狹道效應(yīng)系數(shù)，進而估算出由于狹道效應(yīng)導致的建筑表面風壓的增大值。利用半經(jīng)驗公式估算干擾效應(yīng)時，首先需要確定公式中涉及的各個參數(shù)。對于建筑的幾何形狀和相對位置關(guān)系等參數(shù)，可以通過建筑設(shè)計圖紙和實際測量得到；而對于地貌類型和風速風向等參數(shù)，則需要根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料和地形條件進行確定。在確定參數(shù)后，將其代入半經(jīng)驗公式中，即可計算出建筑所承受的風荷載或干擾效應(yīng)的相關(guān)指標。半經(jīng)驗公式在實際工程應(yīng)用中具有重要的價值。它可以在建筑設(shè)計的初步階段，快速地估算風致干擾效應(yīng)，為設(shè)計人員提供參考，幫助他們確定建筑的初步布局和結(jié)構(gòu)形式。半經(jīng)驗公式還可以用于對既有建筑的風荷載進行評估，判斷其在風致干擾效應(yīng)下的安全性。然而，半經(jīng)驗公式也存在一定的局限性。由于其是基于有限的實驗數(shù)據(jù)和簡化的理論模型得到的，對于一些特殊的建筑形式和復雜的風場條件，其計算結(jié)果可能存在較大的誤差。因此，在使用半經(jīng)驗公式時，需要結(jié)合實際情況進行分析和判斷，必要時還需要通過風洞試驗或數(shù)值模擬等方法進行驗證和修正。五、風致干擾效應(yīng)的特點與規(guī)律5.1靜力干擾效應(yīng)5.1.1表面風壓分布特征在風致干擾效應(yīng)的研究中，孿生異形建筑表面風壓分布特征是一個關(guān)鍵方面。通過大量的風洞試驗和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，在風致干擾下，孿生異形建筑表面風壓分布呈現(xiàn)出復雜且獨特的模式。以某對孿生異形超高層建筑為例，其平面形狀為不規(guī)則多邊形，立面造型具有獨特的凹凸和退臺設(shè)計。在風洞試驗中，當風速為15m/s，風向角為0°（垂直于兩建筑連線）時，通過在建筑模型表面布置高精度壓力傳感器，獲取了詳細的表面風壓數(shù)據(jù)。從試驗結(jié)果來看，在兩建筑的迎風面，由于氣流直接沖擊，風壓呈現(xiàn)出明顯的高壓分布，且壓力值從底部到頂部逐漸增大。在建筑的底部，迎風面風壓系數(shù)最大值可達1.0左右；而在頂部，風壓系數(shù)最大值可達到1.2。這是因為隨著高度的增加，風速逐漸增大，氣流對建筑的沖擊力也相應(yīng)增強。在兩建筑的背風面，由于氣流的分離和漩渦的形成，風壓呈現(xiàn)出明顯的負壓分布。背風面的負壓區(qū)域范圍較大，且負壓值在不同位置存在差異。在背風面的中心區(qū)域，負壓系數(shù)最小值可達-0.8左右；而在靠近建筑邊緣的區(qū)域，由于氣流的回流和再附，負壓值相對較小，負壓系數(shù)約為-0.5。這種負壓分布特征會對建筑的圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生吸力，增加圍護結(jié)構(gòu)的受力負擔，尤其是在強風條件下，可能導致圍護結(jié)構(gòu)的破壞。兩建筑相對面之間的狹道效應(yīng)使得風壓分布更為復雜。在狹道區(qū)域，氣流受到強烈的約束，流速急劇增加，導致風壓顯著增大。在狹道中心區(qū)域，風壓系數(shù)最大值可達2.5左右，遠高于孤立建筑時的風壓系數(shù)。而且，在狹道兩側(cè)的建筑表面，風壓分布呈現(xiàn)出明顯的梯度變化，從狹道中心向兩側(cè)逐漸減小。這種風壓分布的不均勻性會對建筑的局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的壓力，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中給予特別關(guān)注。在建筑的凹凸和退臺部位，風壓分布也呈現(xiàn)出獨特的特征。在凸起部位，氣流被壓縮加速，導致局部風速增大，壓力降低，形成明顯的負壓區(qū)。凸起部位的負壓系數(shù)最小值可達-1.0左右，對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的吸力。而在退臺部位，由于氣流的跳躍和分離，會形成復雜的漩渦結(jié)構(gòu)，導致風壓分布極不均勻，出現(xiàn)多個壓力峰值和谷值區(qū)域。在退臺的邊緣處，可能會出現(xiàn)壓力系數(shù)高達1.5的峰值，而在漩渦中心區(qū)域，壓力系數(shù)則可能低至-0.6，這種復雜的風壓分布對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和圍護結(jié)構(gòu)的選型提出了更高的要求。通過數(shù)值模擬結(jié)果可以更直觀地觀察到表面風壓分布的特征。利用CFD模擬技術(shù)，對該孿生異形超高層建筑周圍的流場進行模擬，得到的風壓分布云圖清晰地展示了迎風面的高壓區(qū)、背風面的負壓區(qū)、狹道效應(yīng)導致的高壓區(qū)域以及凹凸和退臺部位的復雜風壓分布情況。模擬結(jié)果與風洞試驗數(shù)據(jù)在趨勢上基本一致，進一步驗證了試驗結(jié)果的準確性，同時也為深入分析表面風壓分布特征提供了更全面的視角。這些表面風壓分布特征對于建筑的抗風設(shè)計具有重要意義。在建筑設(shè)計過程中，需要根據(jù)表面風壓分布情況，合理選擇圍護結(jié)構(gòu)的材料和構(gòu)造形式，增強圍護結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，以抵抗風荷載的作用。對于風壓較大的區(qū)域，如迎風面頂部、狹道區(qū)域和凸起部位等，應(yīng)采用強度更高的建筑材料，增加圍護結(jié)構(gòu)的厚度或設(shè)置加強筋等措施，提高圍護結(jié)構(gòu)的承載能力。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，也需要考慮表面風壓分布的不均勻性，合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，確保建筑在風荷載作用下的整體穩(wěn)定性。5.1.2平均風荷載變化規(guī)律平均風荷載在風致干擾下呈現(xiàn)出復雜的變化規(guī)律，其受到多種因素的綜合影響，深入研究這些規(guī)律對于準確評估建筑的風荷載作用和進行合理的抗風設(shè)計至關(guān)重要。研究表明，建筑的幾何形態(tài)是影響平均風荷載變化的重要因素之一。不同的平面形狀和立面造型會導致建筑周圍的氣流流動特性發(fā)生顯著改變，從而影響平均風荷載的大小和分布。對于平面形狀為圓形的孿生建筑，由于其外形較為圓潤，氣流在繞流過程中相對較為順暢，平均風荷載相對較小且分布較為均勻。而方形截面的孿生建筑，由于棱角突出，氣流在棱角處容易發(fā)生分離，形成較大的漩渦，導致平均風荷載增大，且在迎風面和背風面的壓力差較大。在某風洞試驗中，對比圓形和方形截面的孿生建筑模型，當風速為10m/s時，方形截面建筑的平均風荷載比圓形截面建筑高出約30%。立面造型的凹凸和退臺設(shè)計也會對平均風荷載產(chǎn)生明顯影響。凹凸設(shè)計會使氣流在流經(jīng)建筑表面時發(fā)生復雜的變化，導致局部風速和壓力的改變，進而影響平均風荷載。退臺設(shè)計則會改變建筑的豎向輪廓，使氣流在退臺處發(fā)生跳躍和分離，增加平均風荷載的復雜性。在具有凹凸和退臺設(shè)計的孿生建筑中，平均風荷載可能會在某些區(qū)域出現(xiàn)局部增大的情況，需要在設(shè)計中予以重視。相對位置關(guān)系同樣對平均風荷載有著顯著影響。孿生異形建筑之間的間距和角度差異會導致氣流在它們之間的流動路徑和相互作用方式發(fā)生變化，從而改變平均風荷載。當建筑間距較小時，狹道效應(yīng)明顯，平均風荷載會顯著增大。隨著間距的增大，狹道效應(yīng)逐漸減弱，平均風荷載也隨之減小。研究表明，當間距比（兩建筑中心線間距與建筑特征寬度之比）小于3時，平均風荷載可能會增加50%以上；而當間距比大于5時，平均風荷載基本接近孤立建筑時的水平。建筑之間的角度差異也會對平均風荷載產(chǎn)生影響。當建筑呈平行布置時，氣流在兩建筑之間的流動相對規(guī)則，平均風荷載的變化相對較小。隨著相對角度的改變，氣流流動變得更加復雜，平均風荷載的大小和分布也會發(fā)生明顯變化。在某些特定角度下，可能會出現(xiàn)氣流的共振現(xiàn)象，導致平均風荷載急劇增大，對建筑結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。環(huán)境因素中的地貌類型和風速風向?qū)ζ骄L荷載變化規(guī)律也有著重要作用。在不同的地貌類型中，風場特性不同，建筑所承受的平均風荷載也會有所差異。在D類地貌（指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)）中，由于地表粗糙度大，風場受到建筑物的阻擋和干擾較為嚴重，平均風荷載通常比在B類地貌（指有密集建筑群的城市市區(qū)）中要大。在D類地貌中，平均風荷載可能會比B類地貌增大20%-40%。風速和風向的變化直接影響平均風荷載的大小和方向。隨著風速的增加，平均風荷載呈非線性增長，且風速的脈動性也會對平均風荷載產(chǎn)生影響。風向的改變會導致氣流在建筑周圍的流動路徑發(fā)生變化，從而使平均風荷載的分布發(fā)生改變。在不同的風向角下，建筑所承受的平均風荷載大小和分布存在明顯差異，某些風向角下可能會出現(xiàn)平均風荷載的最大值。通過對大量風洞試驗和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)的分析，可以建立平均風荷載與各影響因素之間的定量關(guān)系。利用多元線性回歸分析方法，結(jié)合建筑的幾何形態(tài)參數(shù)（如平面形狀系數(shù)、立面凹凸面積比等）、相對位置關(guān)系參數(shù)（如間距比、角度等）以及環(huán)境因素參數(shù)（地貌類型、風速、風向等），可以得到平均風荷載的預測公式。通過對某一系列孿生異形建筑的研究，建立了如下平均風荷載預測公式：F=a_1x_1+a_2x_2+a_3x_3+a_4x_4+a_5x_5+a_6x_6+b，其中F為平均風荷載，x_1-x_6分別為上述各影響因素參數(shù)，a_1-a_6為相應(yīng)的系數(shù)，b為常數(shù)項。通過實際案例驗證，該公式能夠較好地預測平均風荷載的變化，為建筑抗風設(shè)計提供了有力的工具。5.2動力干擾效應(yīng)5.2.1結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性在風致干擾下，孿生異形建筑的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性呈現(xiàn)出復雜的變化，這些變化與建筑的結(jié)構(gòu)特性、風荷載的特性以及風致干擾效應(yīng)密切相關(guān)。風致干擾會導致結(jié)構(gòu)的振動頻率發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)的振動頻率是其固有屬性，與結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量等因素有關(guān)。在風致干擾作用下，由于氣流在建筑之間的相互作用，使得建筑所承受的風荷載的分布和大小發(fā)生改變，進而影響結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，導致結(jié)構(gòu)的振動頻率發(fā)生變化。當兩棟孿生異形建筑間距較小時，狹道效應(yīng)使得建筑所承受的風荷載增大，結(jié)構(gòu)的剛度相對減小，從而導致結(jié)構(gòu)的振動頻率降低。在某風洞試驗中，對一對間距較小的孿生異形建筑模型進行測試，發(fā)現(xiàn)其振動頻率比孤立狀態(tài)下降低了約10%。這種振動頻率的變化可能會使結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進入不同的模態(tài)，增加結(jié)構(gòu)振動的復雜性。結(jié)構(gòu)的振幅在風致干擾下也會發(fā)生顯著變化。振幅是衡量結(jié)構(gòu)振動強度的重要指標，它直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和舒適度。風致干擾效應(yīng)可能會使結(jié)構(gòu)的振幅增大，尤其是在某些特定的風速和風向條件下，振幅的增大可能會超過結(jié)構(gòu)的設(shè)計允許范圍，對結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅。在強風作用下，由于風致干擾導致的氣流共振現(xiàn)象，可能會使結(jié)構(gòu)的振幅急劇增大。在一些實際工程中，曾出現(xiàn)過由于風致干擾導致建筑結(jié)構(gòu)振幅過大，從而引發(fā)建筑外墻開裂、玻璃破碎等問題。風致干擾還會影響結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的相位。相位反映了結(jié)構(gòu)振動的時間特性，不同部位的振動相位差異會影響結(jié)構(gòu)的受力分布和變形形態(tài)。在風致干擾下，由于建筑各部位所承受的風荷載不同，導致結(jié)構(gòu)各部位的振動響應(yīng)存在相位差。這種相位差可能會使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，進一步增加結(jié)構(gòu)的受力復雜性。在孿生異形建筑的角部和邊緣部位，由于氣流的分離和漩渦的形成，這些部位的風荷載變化較為復雜，導致其振動響應(yīng)的相位與其他部位存在明顯差異，從而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力。為了深入研究結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性，研究人員通常采用多種方法進行分析。通過結(jié)構(gòu)動力學理論，建立結(jié)構(gòu)的動力學模型，考慮風荷載的隨機性和相關(guān)性，求解結(jié)構(gòu)在風致干擾作用下的振動響應(yīng)。利用數(shù)值模擬方法，如有限元分析軟件，對結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)進行模擬計算，分析結(jié)構(gòu)在不同風致干擾條件下的振動特性。通過現(xiàn)場實測和模型試驗，獲取結(jié)構(gòu)在實際風荷載作用下的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，驗證理論分析和數(shù)值模擬的結(jié)果，進一步深入了解結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性的變化規(guī)律。這些結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性對于建筑的抗風設(shè)計具有重要意義。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性，合理選擇結(jié)構(gòu)形式和材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼配置，以減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。增加結(jié)構(gòu)的阻尼可以有效地消耗振動能量，降低結(jié)構(gòu)的振幅；合理調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度分布，可以改變結(jié)構(gòu)的振動頻率，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。還需要考慮結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性對建筑內(nèi)部設(shè)備