中文摘要：

随着高层建筑越建越高，其各阶自振频率越来越低，加上结构质心与刚心不对称等因素，超高层建筑扭转风振响应占总响应的比重越来越大。近30年以来，国际国内风工程界先后开展了超高层建筑扭转向动力风荷载模型与响应的研究，对结构扭转向气弹效应的研究却鲜有进展。在强风作用下，超高层建筑扭转向振动将产生复杂的非线性气弹效应，这种效应同时改变结构的扭转向气动力和体系的动力特性，使结构扭转向动力响应很难准确评估。本申请项目系统深入地开展超高层建筑扭转向气弹效应研究，通过扭转摆式气弹模型和扭转摆式强迫振动模型风洞试验研究结构扭转向气动阻尼、质量、刚度与气动力随折算风速、结构运动强度的变化规律，建立超高层建筑结构扭转向气弹效应的实用经验公式以及计及气弹效应的超高层建筑扭转向风振响应的实用分析方法。该项目的研究将为高层建筑扭转向抗风设计理论和方法的完善及相关规范条文的制定提供理论与实验依据。

结论摘要：

高层建筑气弹效应与等效风荷载是结构风工程的重要研究方向。随着高层建筑越建越高，其各阶自振频率越来越低，加上结构质心与刚心不对称等因素，超高层建筑三维风振响应越来越大，且扭转风振响应占总响应的比重越来越大。近30年以来，国际国内风工程界先后开展了超高层建筑三维动力风荷载模型与响应的研究，进行了顺风向和横风向气弹效应的研究并得到了初步应用，而对结构扭转向气弹效应的研究却鲜有进展，而且，结构的三维等效风荷载特别是扭转向等效风荷载的研究还有待进一步完善。本项目系统的进行了高层建筑三维风振响应，特别是考虑耦合情况下扭转风振响应贡献的研究；进行了对称结构三维等效静力风荷载计算方法研究；利用已有的三维风荷载模型，运用振型加速度法求解风振响应动力方程，得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解，并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法；采用扭转摆式气弹模型和扭转强迫振动模型风洞试验进行了高层建筑扭转气弹效应的研究。通过三维摆式气弹模型风洞试验得到偏心会大大增加结构的扭转响应，随着偏心率的增加，结构扭转响应增大，而且对于偏心高层建筑，不同的来流风向角，其扭转响应亦存在明显的差别；通过一系列不同长宽比，不同斯克拉顿数模型的扭转摆式气弹模型风洞试验，得到了结构扭转响应随各参数的变化规律，并采用随机减量技术识别了其气动阻尼比，并拟合得到了气动阻尼比的经验公式；通过不同长宽比模型的强迫振动风洞试验，得到了结构扭转响应对结构顺风向、横风向及扭转向风荷载的影响规律，并识别讨论了结构扭转向气动刚度力、气动阻尼力。本课题的开展对进行高层建筑三维等效风荷载的计算及高层建筑扭转风振响应变化规律及扭转气弹效应识别工作，对考虑扭转气弹效应的结构三维风振响应计算方法及抗风设计具有一定的理论意义和实际应用价值。