风洞试验中超高层建筑风压分布试验

       在风洞试验研究中，对超高层建筑刚性模型开展多层、多点的同步测压分析，是深入理解建筑表面复杂风压分布特征及气动作用机制的关键技术手段。通过高精度的压力扫描阀系统，能够实时捕捉建筑表面各测点在瞬态风场作用下的压力脉动，从而获取高时空分辨率的瞬时风压场数据。这一精细化的测试方法，为揭示超高层建筑在复杂风场中的动态响应规律提供了坚实的数据基础。

一、 精细化同步测压与建筑干扰效应分析

       压力扫描阀技术的核心优势在于其同步性与高通量。传统的单点逐次测压方法难以捕捉风压场在空间上的相关性以及时间上的同步变化特征，而同步测压技术则能完整记录下在某一瞬时，建筑表面所有测点同时承受的风压状态。这对于分析非定常、分离流动主导的风荷载特性至关重要，特别是当流动存在强烈的涡脱落、再附等现象时，同步压力数据是揭示其物理本质的唯一可靠途径。

       基于此高精度实验数据，研究工作得以系统性地深入探讨不同间距、不同高度的周边建筑对目标超高层建筑风荷载的影响规律，即“建筑干扰效应”。这种效应表现为：

       对局部风压的显著影响：上风向的干扰建筑会改变来流的风速剖面、湍流结构和入射角度，导致目标建筑表面的局部风压发生剧烈变化。典型情况包括，当干扰建筑处于特定位置时，可能使目标建筑侧面的涡激吸力显著增大，或使迎风面的正压区域发生畸变，甚至在某些区域因“狭缝效应”或“跌落涡”作用而产生极值吸力。这些局部风压的异常变化，直接关系到建筑围护结构（如幕墙、玻璃、装饰板）的安全设计。

       对整体气动力特性的改变：干扰效应不仅限于局部，更会改变作用在目标建筑上的总体风力（基底剪力、弯矩）和扭矩。通过积分表面风压，可以获得随时间变化的整体气动力时程。比较有无干扰建筑、或不同干扰布局下的气动力统计特征（如均值、根方差、极值）和功率谱密度，能够量化干扰效应对主体结构受力状态的影响程度，判断结构是趋于不利还是有所缓解。

二、 为风荷载设计提供可靠依据与改进方案

       上述对局部和整体荷载影响规律的深入研究，其最终目的是为工程设计提供更科学、更可靠的依据。

       对于围护结构设计，其风荷载主要取决于局部风压极值。试验获得的极值吸力和正压数据，可以直接用于确定幕墙、屋面板等构件的设计风压，确保其在最不利的干扰工况下仍具有足够的安全储备。

       对于主体结构设计，其抗风设计关注的是整体气动力。干扰效应可能导致基底弯矩显著增大，这就要求在结构设计时予以充分考虑，避免在特定风向下因周边建筑的存在而导致结构承载力或舒适度不满足要求。

       然而，将动态的风荷载转化为便于设计使用的等效静力风荷载（Equivalent Static Wind Load, ESWL）一直是个挑战。现行规范或常用方法所采用的组合方式（如基于背景响应和共振响应组合的阵风荷载因子法）在简单情况下适用，但在复杂的干扰环境下，其适用性需要重新评估。本研究正是基于多层同步测压数据，从安全性和经济性两个维度对此进行审视：

       安全性评估：检验现行ESWL组合方法是否能够包络干扰情况下出现的更不利的动力响应，是否存在低估某些高阶振型贡献或空间相关性变化的风险。

       经济性评估：分析在非最不利干扰工况下，现行方法是否过于保守，导致材料浪费和造价攀升。

       在此基础上，研究提出基于多层测压数据的改进组合方案。该方案的优势在于，它源于真实的、同步测量的风压场，能够更精确地反映风荷载的空间分布特性及其与结构振型的耦合关系。改进方案可能包括：发展基于压力场本征正交分解（POD）的荷载重构方法，建立考虑干扰效应影响的更合理的动力放大系数，或提出针对不同设计目标（如层间位移、加速度响应）的多目标等效静力风荷载组合方法。这使得最终给出的设计荷载既保障安全，又更具经济性。

三、 实验数据在CFD模型校正中的价值

       除了直接服务于工程设计，本次风洞试验所获取的详实、高精度瞬时风压数据，还具有另一项重要的科学价值——作为计算流体动力学（CFD）数值模拟的基准，用于校正和验证其预测结果。

       CFD技术在风工程中的应用日益广泛，但其预测精度，特别是对建筑表面复杂分离流和风压的预测，强烈依赖于所采用的湍流模型、近壁面处理方式、计算网格和边界条件。通过将CFD模拟得到的壁面压力分布（包括时均值和脉动值）、风压系数、乃至气动力谱，与本次风洞试验的同步测压数据进行系统性对比，可以：

       识别偏差：明确CFD模型在哪些区域、何种工况下预测存在显著误差。

       校正模型：根据对比结果，调整和优化CFD模型中的关键参数（如湍流模型常数），或改进计算策略（如网格划分方案），从而提升其预测能力。

       建立可信度：经过严格实验数据校正的CFD模型，其预测结果才具有更高的可信度，可以更放心地用于扩展参数研究，预测在风洞中难以直接模拟的复杂情况。

       综上所述，基于压力扫描阀的刚性模型同步测压风洞试验，构建了一个从精细化测量、到机理分析、再到工程应用与模型校正的完整研究闭环。它不仅直接为超高层建筑在复杂环境下的抗风设计提供了关键数据和支持，推动了等效静力风荷载方法的进步，也为CFD这一强大数值工具的精度提升和规范化应用奠定了坚实的基础，对促进风工程学科发展和工程建设的安全经济性具有双重意义。