在高层建筑设计中，抗风问题是确保结构安全、使用舒适性和经济性的关键因素。由于高层建筑受风荷载影响显著，设计时需从风环境分析、结构优化、外形设计、抗风措施及施工控制等多方面综合考量。以下是具体策略及实施要点：

一、风环境分析与荷载计算

1. 风洞试验

• 目的：通过缩尺模型模拟建筑周围风场，获取风压分布、风振系数等关键数据。

• 适用场景：复杂外形建筑（如超高层、异形结构）、地处台风多发区或风环境敏感区域。

• 案例：上海中心大厦通过风洞试验优化螺旋形外形，减少风荷载约24%。

2. 数值模拟（CFD）

• 优势：可快速分析不同工况下的风场特性，辅助风洞试验验证。

• 应用：结合BIM技术，模拟建筑表面风压、室内自然通风效果。

• 工具：ANSYS Fluent、OpenFOAM等软件。

3. 规范依据

• 中国规范：按《建筑结构荷载规范》（GB 50009）确定基本风压，考虑地形、高度修正系数。

• 国际规范：如美国ASCE 7、欧洲EN 1991-1-4，需根据项目所在地选择适用标准。

二、结构体系选择与优化

1. 抗侧力体系设计

• 核心筒+框架：核心筒承担主要水平力，外围框架提供抗扭刚度（如上海环球金融中心）。

• 巨型框架：通过巨型柱和梁形成大尺度结构，减少风致振动（如香港国际金融中心）。

• 束筒结构：多个筒体组合增强整体刚度（如芝加哥西尔斯大厦）。

• 伸臂桁架：在核心筒与外围框架间设置桁架，协调变形，提高抗侧效率（如广州周大福金融中心）。

2. 结构刚度与质量分布

• 刚度均匀：避免结构刚度突变，减少应力集中。

• 质量集中：将设备层、避难层等重质区域靠近核心筒布置，降低重心。

• 案例：台北101大厦通过8根巨型柱和核心筒形成“调谐质量阻尼器”的支撑框架。

三、建筑外形优化

1. 流线型设计

• 伦敦“小黄瓜”大厦（30 St Mary Axe）：流线型外形降低风压30%。

• 上海中心大厦：120°螺旋扭转外形减少风荷载24%，并抑制涡振。

• 原理：通过圆角、切角或螺旋形外形减少风阻和涡激振动。

• 案例：

2. 开口与凹槽设计

• 作用：破坏风场连续性，减少风压集中。

• 案例：马来西亚双子塔通过塔身开口降低风振响应。

3. 表面处理

• 粗糙化表面：增加表面摩擦力，减少风压峰值（如采用凹凸纹理幕墙）。

• 可开启幕墙：在风压较小区域设置可开启窗，平衡室内外气压。

四、抗风措施与装置

1. 阻尼器系统

• 原理：利用容器内液体晃动产生的惯性力抑制振动。

• 案例：上海中心大厦的1000吨水箱TLD系统。

• 原理：通过附加质量块与弹簧-阻尼系统，抵消结构振动能量。

• 案例：台北101大厦的660吨钢球阻尼器，可减少40%的风振位移。

• 调谐质量阻尼器（TMD）：

• 调谐液体阻尼器（TLD）：

2. 耗能装置

• 金属阻尼器：通过塑性变形吸收能量（如剪切型、弯曲型阻尼器）。

• 黏滞阻尼器：利用流体黏滞性耗散能量，适用于高频振动控制。

• 案例：深圳平安金融中心采用黏滞阻尼器，减少风振加速度30%。

3. 结构加强措施

• 加强节点：优化梁柱连接、剪力墙与框架交接处的构造，提高耗能能力。

• 设置加强层：在设备层或避难层设置水平桁架或带状桁架，增强整体刚度。

• 案例：广州国际金融中心通过3道加强层提高抗侧刚度。

五、施工阶段抗风控制

1. 临时抗风措施

• 临时拉索：在施工阶段设置临时拉索或支撑，防止结构倾覆。

• 风速监测：安装风速仪，实时监测风速，当风速超过阈值时暂停高空作业。

• 案例：迪拜哈利法塔在施工至300米时，采用临时钢桁架加固核心筒。

2. 施工顺序优化

• 对称施工：避免结构偏心导致的不平衡力矩。

• 分段浇筑：采用“跳仓法”施工混凝土核心筒，减少收缩裂缝和风致变形。

六、使用阶段监测与维护

1. 结构健康监测（SHM）

• 系统组成：安装加速度计、应变计、风速仪等传感器，实时监测结构响应。

• 数据分析：通过机器学习算法识别异常振动，评估抗风性能退化。

• 案例：上海中心大厦的SHM系统可监测风振加速度，指导阻尼器参数调整。

2. 定期维护

• 阻尼器检查：定期检查阻尼器连接件、液压系统，确保其正常工作。

• 幕墙密封性：检查幕墙接缝密封性，防止风压导致雨水渗漏或玻璃破裂。

七、经济性与舒适性平衡

1. 成本优化

• 性能化设计：通过风洞试验和数值模拟，精准计算风荷载，避免过度保守设计。

• 材料选择：采用高强度钢材或混凝土，减少结构自重，降低风荷载。

• 案例：香港国际金融中心通过优化结构体系，节省钢材用量15%。

2. 舒适性控制

• 加速度限值：按规范控制风振加速度（如办公建筑≤0.25m/s²），避免使用者不适。

• 主动控制：结合阻尼器与智能算法，动态调整抗风性能（如上海中心大厦的“风振舒适度控制”模式）。