超高层建筑结构是如何抗风的?[How do super-tall building structures withstand winds?]

（3）自激振动

所谓的自激振动就是在风荷载的作用下结构产生了较大的变形和振动，而这种振动反过来又会影响到作用在结构上的气动力，从而导致气动力和结构振动相互作用，产生气动弹性效应。如果这种相互作用一直持续下去，并且使结构振动趋于发散，就会导致气弹失稳。驰振和颤振两种自激振动典型形式。驰振是细长物体因气流自激作用产生的一种纯弯曲大幅振动。这种振动最先被发现于结冰的输电线上，振动以行波的形式在两根电杆之间快速传递，振幅可达电线直径的十余倍，就好像快马奔腾，因此称为驰振。颤振最先发现于机翼上，表现为扭转发散振动或弯扭耦合的发散振动。著名的塔卡马搭桥破坏就是一个典型的颤振灾害例子。

（1） 确定项目信息

这个步骤就是要确定所要进行风洞实验的建筑的有关信息，包括建筑缩尺模型，建筑所处地区的风场地貌类型等。地貌类型主要是根据结构荷载规范上对风场地貌的四种分类选取。

（2） 模拟风场地貌

在确定风场类型之后，就可以开始模拟风场地貌。风洞试验一般使用挡板、尖劈和粗糙元对地貌进行模拟，如下图：

（3）通过测量检验并调节风场

在布置完风场之后，我们需要对风场的风速剖面进行测量，测量的仪器有皮托管和cobra探头等。通过获取风场中某些位置的风速时程，我们就可以对这个风场的平均分剖面、湍流度和积分尺度等风场参数进行计算和评估，以确保所得到的风场满足目标风场的要求。如果不满足目标风场的要求，还要回到上一个步骤对风场进行调节。

（4）制作并检查模型

模型制作可以与风场调节同步进行，在确定了建筑的相关信息后，一般由设计方提供建筑的三维模型以及相关二维图纸，然后我们会根据所给三维电子模型进行建筑缩尺模型的制作，当然模型真正地制作也是在我们确定好之后委托模型公司制作的，模型的采用一般为塑料或木材。在制作模型之前我们要确定模型的缩尺比，也就是模型尺度与实际建筑尺度的比例。缩尺比的确定主要由风洞试验截面的模型堵塞率决定，所谓堵塞率就是建筑模型在风洞截面上的投影面积与风洞截面面积之比，一般不能超过3%。

实际上常用的风洞试验有两类，分别是天平实验和测压实验。天平实验只测量建筑模型的基底弯矩，故不需要在模型上布置测压点，实验过程比较简单和方便，只需把模型接到测力天平上。对于测压实验，在制作模型之前我们需要在建筑模型表面上布置测压点，测压点布置完后便可开始制作模型，而测压实验的模型表面上的每一个测压点都会连接一根测压管。在现在运用测量方法的情况下，对于测压实验还有一个很重要的步骤，就是在模型制作完成之后，要对每一根测压管进行检查，看是否有堵塞现象。在检查玩测压管后，还要把每根测压管连接到的测量装置上。如下图所示：

（5） 安放模型

模型制作完毕之后，便可把模型安放都风洞中。如图所示，把建筑模型放在风洞里的转盘里，转盘是可以转动的，这样就可以通过不同地角度获取不同风向角下的风荷载数据。在转盘下面还有管线连接。

在完成了以上步骤之后便可以可是采集数据。对于测压实验，采集的数据主要是建筑模型各个测压点在各个风向角下所测得的风压时程；而对于天平实验，采集的数据主要是建筑模型三个方向（x,y,扭转）的基底弯矩时程。通过得到的数据便可对建筑结构进行风压分布和风振响应分析，这一部分工作由计算机程序完成。计算分析完成之后，便可以整理出风洞试验报告，以供设计方参考。

我们可以回顾一下第二节，风洞实验作为结构抗风设计的一个重要环节，为结构抗风性能评估提供了数据支持。实际上，有时候会碰到做完风洞试验后修改方案的情况，对于这种情况就需要进行风洞试验，以对新的建筑方案进行抗风方面的评估。