第29卷第2期
2008年4月
建 筑 结 构 学 报
Journal of Building Structures
Vo1．29．No．2
April 2008
文章编号：1000~869(2008)02-0019-06
泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究
李寿英，陈政清
(湖南大学 风工程试验研究中心，湖南长沙410082)
摘要：制作了缩尺比为 1：200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型，在其外表面布置足够的测点进行了同步测
压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据，研究
了该9栋建筑的风致响应，包括位移和加速度响应。结果表明：左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面“吸
力”；泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为“遮挡”效应，其顶部加速度响应均小于规范限值，能满足
人体舒适度的相关要求。
关键词：高层建筑；风致干扰；风压系数；位移；加速度
中图分类号：TU973．32 TU317．1 文献标识码：A
T ● ● ，’ ‘ ’‘ ’ ’一 一 一一 ’’’ ⋯ ‘ lnvest1gat1On O±wind—induced inteflerence effects On tall buildings
of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape Garden
LI Shouying，CHEN Zhengqing
(Wind Engineering Research Center，Hunan University，Changsha 410082，China)
Abstract：A rigid model of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape Garden including 9 tall buildings was built with a
scale of 1：200．and adequate pressure taps were arranged on the external surface of these buildings．A wind tunnel test was
carried out to obtain the wind loads on them． And then wind induced responses of these 9 tall buildings．including
displacement and acceleration．were analyzed using the wind loads obtained by wind tunnel test．The results show that the
suction wind foree on leeward wall of a building may be magnified by the effects of parallel or downstream buildings．For the
9 high—rise buildings of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape Garden，the interferences among them mainly exhibit
the“sheltering”effects．The accelerations of the 9 high—rise buildings are smaller than the specified in Chinese Code．SO the
demand of body comfort can be satisfied．
Keywords：high—rise building；wind—induced interference；wind pressure coefficient；displacement；acceleration
0 引言
建筑结构的相互干扰问题在20世纪30年代就已引
起了研究者的注意 J。1965年 ，英国渡桥电厂的 2排 8
个冷却塔的后排3个塔倒塌，研究者认为是前排冷却塔
的干扰效应引起后排冷却塔风荷载的显著增大，从而导
致后排 3个塔的破坏 。在此之后 ，干扰效应研究成为
结构风工程领域的研究热点之一 。在 国内，黄鹏
对 2个高层建筑之问的相互干扰问题进行 了系统的风
洞试验研究 ，谢壮宁 的干扰效应研究则主要针对 3个
高层建筑。已有的研究表明：群体建筑的干扰效应在某
些情况下会使得结构上 的风荷载和响应增大。中国规
范 、澳大利亚规范 、欧洲规范 和 ASCE规范 “ 等
均对干扰问题进行一定程度的规定。但是 ，由于问题的
复杂性，已有 的系统研 究 主要针对 2栋 或 3栋 建
筑 。对于超过 3栋建筑的建筑群体，干扰效应研究的
工况繁多，难以获得一些定量甚至定性的结论 ，目前这
方面研究主要是针对具体工程问题 。本文以泉州中
芸洲海景花园西部9栋 100m左右的高层建筑群体为工
程背景，制作了几何缩尺比为1：200的刚性模型，在HD一
2风洞试验室的高速试验段进行了同步测压风洞试验，
详细研究了该 9栋高层建筑群体之问的相互干扰效应。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50708035)和中国博士后科学基金资助项目(20060400873)。
作者简介：李寿英(1977一 )，男，江西萍乡人，工学博士，副教授。
收稿 日期：2007年 5月
19
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1 试验概况
泉州中芸洲海景花园试验在湖南大学风工程试验
研究中心的 HD一2大气边界层风洞 的高速试验段进行。
该风洞为水平 回流式 ，包括高速试验段和低速试验段。
高速试验段尺寸为 2．5m高、3．Om宽、17m长，转盘直径
为 1．8m，风速在 0～60m／s范围内连续可调。
泉州中芸洲海景花园西部的 9栋 100m左右高层建
筑群的平面布置见图 1，包括酒店 、酒店式公寓、1～3号
住宅楼、5～8号住宅楼。考虑到实际建筑的平面尺寸以
及风洞试验段截面大小，选择模型的几何缩尺比为
1：200。其风洞试验模型照片见图2，模型包括上述 9栋
建筑以及商业街 (裙房高度 18．5m，最高建筑44．15m)。
需要测压的9栋高层建筑模型采用 2mm厚有机玻璃板
制作，商业街采用 ABS板制作，模型具有足够的强度和
刚度。
在泉州中芸洲海景花园的刚性模型上共布置 1857
个测点。其中酒店和酒店式公寓上布置510个 ；1号和2
270。 soo
图 1 泉州中芸洲海景花园平面图以及风向角定义
Fig．1 Plan of Quanzhou Zhongyunzhou International Seascape
Garden and its wind direction definition
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图2 泉州中芸洲海景花园风洞测压试验模型照片
Fig．2 Photo of test model
号住宅楼上布置 431个；3号和 7号住宅楼上布置 352
个 ；5号和6号住宅楼上布置 412个；8号住宅楼上布置
152个。湖南大学风工程试验研究中心的电子式压力扫
描阀系统可进行 512通道的同步测压，酒店和酒店式公
寓、5号楼和6号楼、1号楼和 2号楼、3号楼和 7号楼、8
号楼分别进行同步压力测量。
定义来流风风向垂直于岛屿北岸(也即垂直于酒店
和酒店式公寓裙房的北立面、5号和6号楼的北立面)从
西北方向向东南方向吹为 0。，按顺时针方 向增加 ，风向
角定义如图 1所示。试验时通过转动转盘来调整来流
风向角 ，风向角间隔为 15。，每次同步压力测量有 24个
风向，共 120个风向角。
泉州中芸洲海景花园的周边环境与中国规范 规
定的 A类地貌类似，在湖南大学风工程试验研究中心的
高速试验段模拟了A类地貌 ，图3为在风洞转盘中心处
的平均风速剖面和湍流度剖面以及参考高度处的脉动
风功率谱。试验风速为 lOm／s，采样频率为330Hz，采样
时间为 18．18s。试验时参考高度设在 0．6m，采用皮托
管测该高度的总压和静压。
0．1
S
譬 0
．01
0．001
u／u~,
(a)平均风速和湍流度剖面
(b)顺风向脉动风谱
图3 平均风速和湍流度剖面、参考高度处的脉动风功率谱
Fig．3 Mean wind velocity and turbulence intensity profiles
and PSD of fluctuating wind velocity
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2 试验结果
风压系数定义为
㈩
其中，C (t)为测点 i处的风压系数时程 ；P (t)为试验
时测得的测点 i处的风压力时程；P 为试验时皮托管测
得的静压值；p为空气密度；／L 为建筑顶部 日高度处的
风速。c (t)的平均值为平均风压系数，c (t)的根方
差值为脉动风压系数。
下面主要介绍 1号住宅楼 的南立面和北立面的平
均风压系数和脉动风压系数。
2．1 平均风压系数
图4给出了 1号住宅楼 的南立面和北立 面在两个
典型风向角下(225。和45。)平均风压系数的等高线图。
其中，风向角为225。时，1号楼的南立面为迎风面；风向
角为45。时，1号楼的北立面为迎风面。
从图4a中可以看出，当来流风向为 225。时，由于前
方无建筑的影响，1号楼南立面(正面)的平均风压系数
最大为0．8，并且最大值约位于建筑的2／3高度处 ，这与
已有研究的结果时一致的 。但是，在 1号楼的北立面
(背面)上 ，平均风压系数均在 一0．95和 一1．0之 间，其
绝对值 比单个孤立建筑背面平均风压系数的绝对值要
大(孤立建筑为 一0．5左右 )，这主要是 由于 1号住宅
楼左右和下游建筑的阻塞影响，增大了 1号楼的尾流风
速，使得 1号楼背面(北立面)的风“吸力”增大。
从图4b中可以看出，当来流风向为45。时，l号住宅
楼的北立面(正面)的平均风压系数远小于孤立建筑迎
风面的值 ，且为负值(一0．05和 一0．3之间)。这主要
是由于前方建筑(5、6、7、8号住宅楼)的“遮挡”效应造
成的。45。风向角下 1号住宅楼的南立面(背面)的平均
风压系数为 一0．55左右，与孤立建筑背面的平均风压系
数值大致相当 。因此 ，由于上游建筑的影响，1号住
宅楼在45。风向角下的顺风向平均风荷载比孤立建筑时
的要小。
2．2 脉动风压系数
图5给出了 1号住宅楼南立面和北立面在两个典
型风向角下(225。和45。)脉动风压系数的等高线图。从
图5中可以看出，当风向角为225。时，1号住宅楼南立面
(正面)的脉动风压系数为 0．15和 0．3之间，由于此时
前方并无其他建筑干扰，因此这完全是由于来流紊流引
起的。风向角为225。时，1号住宅楼北立面(背风面)的
脉动风压系数为0．15和 0．2之间。当风向角为45。时，
1号住宅楼南立面(背面)脉动风压系数为 0．08和 0．1
之问，北立面(正面)的脉动风压系数为 0．12和 0．24之
间。可以看出，干扰效应并未导致 1号住宅楼上的脉动
风压系数产生显著变化。
3 风致响应
3．1 计算理论
采用如下假定：(1)高层建筑风致响应主要包括一
阶模态的响应，高阶模态的参与程度很低，本次计算仅
考虑一阶模态；(2)高层建筑一阶模态为线性模态，即振
型函数 ( )：z／H，其中日为建筑物顶部高度， 为离
地高度。
在仅考虑一阶模态的情况下，高层建筑的运动微分
方程可表示为
窘+2 +0．)23f=
其中， 为一阶广义坐标； 为阻尼比；to为一阶圆频率；
F (t)为一阶广义力 ；M 为一阶广义质量。
南立面 (正面) 北立面 (背面) 南立面 (背面) 北立面 (正面)
(a)225。风向角 (b)45。风向角
图4 两个典型风向角下的平均风压系数分布(1号住宅楼)
Fig．4 Mean wind pressure coefficient in two typical wind directions(No．1 building)
21
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南立面 (正面) 北立面 (背面) 南立面 (背面) 北立面 (正面)
(a)225。风向角 (b)45。风向角
图5 两个典型风向角下的脉动压力系数分布(1号住宅楼)
Fig．5 Fluctuating wind pressure coefficient in two typical wind directions(No．1 building)
．H ．B
F (￡)= p(x,z,t) (z) dz
： = 窆[PiH H (￡)A ] 、 一 一
M J0 m(z) (z)出
(3)
(4)
其中， 指建筑物的宽度；p( ，z，t)指高度为Z-,宽度方
向位置为 处的风压； (t)为建筑物的基底弯矩；P (t)
为第 i号测点的风压时程，由同步测压风洞试验获得；A
为第i号测点的影响面积； 为第 i号测点的离地高度；
m(z)为建筑高度方向上单位长度质量。从方程(3)可
以看出，在线性模态的假定下，高层建筑一阶广义力与
基底弯矩仅相差 1／H倍，这就是20世纪70年代发展起
来的高频动态天平试验技术的理论基础’ 。近年来，由
于同步测压技术的发展，研究者已有足够的同步测点数
对高层建筑进行刚性模型测压试验 ，并通过积分获得其
基底弯矩值 ，本文即采用这种方法。
对方程(2)进行求解 ，即可得到一阶广义位移 (t)，
通过模态坐标转换，可得高层建筑的响应X(z，t)为
x(z，t)= (t)· (z) (5)
风荷载重现期为 50年 ，阻尼比为 5％。本文仅研究
泉州中芸洲海景花园 9栋高层建筑沿弱轴方向的位移
和加速度响应，各栋建筑的弱轴方向在图 1中标出。
3．2 位移响应
图6a～图6i分别给出了酒店、酒店式公寓、1～3号
住宅楼、5～8号住宅楼顶部位移响应的平均值和根方差
值。从图6a可以看出，酒店顶部沿弱轴方向的平均位
移最大值在2．7cm左右，分别发生在0。和180。风向角附
近，这两个角度的风向正好与酒店弱轴方向平行，因此
为其顺风向响应。0。和 180。风向角时酒店顶部沿弱轴
方向的平均位移大致相同，这主要是因为这两个风向下
酒店的上游均无施扰建筑。当风向角为90。或270。左右
22
时，酒店的弱轴方 向为横风 向，从 图6a中可以看出，此
时酒店顶部平均位移基本上接近于零。
酒店式公寓顶部的平均位移响应则明显不 同于酒
店的响应。从图 6b中可以看出，0。风 向角附近酒店式
公寓顶部的最大平均位移约为 2．1cm，但其 180。风向角
附近的最大平均位移仅约为 1．3cm。这主要是因为在
180。风向角下，1号和2号住宅楼位于酒店式公寓的上
游(见图 1)，产生了“遮挡”效应。
从图6c和图6d可以看出，1号和 2号住宅楼顶部
弱轴方向的平均位移随风向角的关系较为相似 ：当风向
角为 225。时(此时风向垂直于 1号和2号住宅楼的南立
面)，其平均响应量值达到最大，约3．0～3．5cm；但当风
向角为45。左右时(此时风向垂直于 1号和2号住宅楼
的北立面)，其顺风 向响应远小于225。风向角的值。这
也是由于上游建筑(5～8号住宅楼)的“遮挡”效应引起
的。同样 ，对于5号和 6号住宅楼平均位移响应(图6f
和图6g)，上游建筑的干扰也主要表现为“遮挡”效应。
3号住宅楼的225。风向角下的顶部平均位移响应与
1号和2号住宅楼相似，最大平均位移达到2．5cm；但不
同的是 45。风向角下 3号住宅楼 的平均位移响应也为
2．8cm。大于该风 向角下 1号和 2号住宅楼的值 ，见图
6e。这主要是因为45。风向角下 3号住宅楼的上游无高
层建筑的遮挡。
比较而言。7号和8号住宅楼的顶部平均位移响应
均较小 ，最大值分别为0．9cm和2．Ocm。需要注意的是，
当风向角为 0。时，7号住宅楼的平均位移响应与来流风
向相反(0．7cm)。这主要是因为7号住宅楼和 6号住宅
楼之间的间距较近，由于6号住宅楼的干扰 ，7号住宅楼
的迎风面的负压大于其背风面的负压，最终造成 7号住
宅楼的风荷载整体上为“吸”的效应。这种邻近建筑
“吸”效应的现象在以往文献中已有报道 。
从图6a～图6i中的脉动位移响应结果可知，泉州
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吕
漤
疑
罾
螺
删
0．04
0．03
0．02
0．01
0．00
． 0．01
风向角／(。)
(a)酒店
风向角／(。)
(c)1号楼
风向角／(。)
(e)3号楼
风向角／(。)
(g)6号楼
漤
箍
匿
螺
删
风向角／(。)
(b)酒店式公寓
风向角／(。)
(d)2号楼
风向角／(。)
(f)5号楼
风向角／(。)
(h)7号楼
风向角 )
(i)8号楼
图6 各建筑顶部平均位移和脉动位移的根方差
Fig．6 Mean and fluctuating displacements of buildings at top
23
Ⅲ， 雅臀螺
Ⅲ， 雅臀螺
1 0 1 2 3 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
Ⅲ， 雅臀螺
∞ 叭 ∞ 叭 ∞
0 0 0 O
山／ 雅肾螺
Ⅲ， 希肾螺
眦／ 雅臀螺
Ⅲ，饕 雅臀螺
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中芸洲海景花园9栋高层建筑在各风向角下顶部位移
响应(弱轴方向)的根方差值变化不大，均在 0．005m左
右，说明该建筑群体之间的动力干扰效应不明显。
3．3 人体舒适度研究
已有的研究表明，仅仅振幅大小不足以反映居住者
的舒适度，舒适度还与频率有关。对于弯曲振动，起决
定作用的是所考虑点的最大加速度。图7给出了泉州
中芸洲海景花园9栋高层建筑顶部沿弱轴方向的峰值
加速度(50年重现期，峰值因子取为3．5)，横坐标为风
向角。从图7可看出，该9栋建筑顶部沿弱轴方向的最
大加速度均小于0．009m／s 。我国规范 规定：重现期
为10年的峰值加速度限值为0．28m／s (公共建筑)和
0．20m／s (公寓建筑)。因此，泉州中芸洲海景花园的9
栋高层建筑在风荷载作用下均能满足人体舒适度要求。
风向角／(。)
风向角／(。)
图 7 各建筑顶部的峰值加速度
Fig．7 Peak acceleration of buildings at top
4 结论
通过对泉州中芸州海景花园西部9栋高层建筑群
进行刚性模型测压风洞试验，研究了多栋建筑物相互干
扰下的表面压力分布规律。利用风洞试验结果积分得
到各建筑的一阶广义力，并进行了高层建筑风致响应研
究，得到 9栋高层建筑沿弱轴方向的位移响应和加速度
响应。结果表明：(1)左右或下游建筑的影响可能会增
大上游建筑的背风面“吸力”；(2)泉州中芸州海景花园
9栋高层建筑的相互干扰主要表现为“遮挡”效应；(3)
泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的顶部峰值加速度
响应远小于我国规范限值，能满足人体舒适度要求。
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