使用风洞测试来指导易受台风影响的地区的高层设计。
全球城镇化趋势导致近年来建设越来越高的高层建筑,特别是在中国深圳等不断增长的商业中心。 深圳的商业发展位于香港以北,仅在二十世纪九十年代开始。 此后,发展步伐继续快速发展,现包括世界第四高楼,平安国际金融中心,计划于2016年底开放。
相片
挑战
其位置和高度使风力装载成为平安国际金融中心设计的主要因素。近600米高,是位于台风偏僻地区的世界最高的建筑物。这意味着建筑物将经常暴露在伴随着这些激烈的热带风暴的大风中。
交叉风影响。
风力对超高层建筑的影响很大,主要是由于侧风效应。随着风通过建筑物,它通过涡流脱落的现象在建筑物的两侧产生周期性的压力变化。所产生的强力从建筑物的一侧来回移动到另一侧,由于共振效应而引起显着的横向动态响应。这些力量可能导致大的结构载荷和潜在的重大运动,特别是在高大的细长建筑物中。
虽然这个项目的抵御极度风荷载显然是主要的挑战,但还有一个相关的工程挑战需要首先解决:确定在没有固体历史天气数据的情况下用于设计的合适的风荷载。
设计风速。
因为建筑规范通常不能提供设计超高层建筑所需的所有风荷载,所以我们通常对建筑物及其周围环境进行建模,以测试其在多种风荷载条件下的性能。我们通常使用统计模型来转换在各地区机场的风速计上收集的历史天气数据,以确定设计的预期风速,但由于几个原因在这种情况下不能这样做。
深圳的历史天气资料缺乏细节,没有足够长的时间来可靠地代表该地区长期的天气模式。多年来天气数据收集的几个方面也有问题,其中包括由于深圳城市化进程迅速,气象站的曝光量在记录期间有显着变化。因此,根据当地天气记录,不可能为该地区建立可靠的基线气象数据。此外,在历史台风期间将测量的风速记录与设计的预期风速相关联存在不确定性。
我们的方法
由于建筑设计师KPF受到世界各地极端气候的影响,因此迫切希望使用防风设计理念来开发高效,高性能的建筑。在结构设计的概念阶段,我们的专家会见了KPF,讨论了相关概念和结构空气动力优化计划。
建筑外观空气动力学优化的这一概念已被广泛研究,已被RWDI成功应用于众多超高层建筑。一种具体的技术包括横截面高度变化,用于世界上最高的建筑物哈吉法塔和上海中心。另一种有效的技术是通过倒角,步进等来改变建筑物的角落。我们在Tapei 101大楼上采用了这种方法。
这两种方法都在平安国际金融中心在建筑示意图设计阶段使用。建筑的断面面积随着高度的增加而逐渐缩小,并且在建筑物的每一个角落都应用了减少涡流脱落的细节,优化了建筑物的空气动力特性,并有效控制了侧风效应。
风力气候模式。
准确的风力气候模式和适当的风力负荷是良好的风力工程设计的基础。为了替代这个项目的足够的历史天气数据,我们转向了我们的合作伙伴应用研究协会(ARA),以获得最合理的预期的本地风速数据和不同回报期台风的风向数据。基于受人尊敬的模型,ARA台风模拟使用蒙特卡洛技术模拟10万年的台风,并提供方向和返回期间风速的可靠预测。将台风模拟结果与我们确定的气象数据结合起来,产生了科学合理的风速和风向结果。
通过这些装载数据,我们进行了全面,先进的风洞测试,以验证设计和建筑性能。这些包括高频力平衡(HFFB),气动弹性模型,包层压力,行人级风(PLW)等方法。然后利用最先进的统计分析技术和交叉方法结合风洞试验结果,优化后的最终结果应用于设计中。
结果
平安国际金融中心项目取得成功的最重要因素之一就是风电工程,为结构和包层设计提供依据。 我们包括了这个项目的行人风研究,以验证建筑物附近的风力环境是否满足要求。 除了支持这一特定项目外,深圳平安国际金融中心的风力发电研究还提供了一个全面,彻底,实用的工程参考,可以为未来超高层建筑项目的设计提供参考。