本科技成果来源于国家自然科学基金面上项目：500m以上级超高层建筑风效应的几个关键问题，编号51078146。本项目立项的直接背景是负责人在承担广州珠江新城西塔(GWT、高432m)、深圳京基100(KK100，高441.8m)和天津高银117大楼(TJ117，高596.25m)这3栋超高层建筑的抗风试验研究中发现的问题（这也是3栋首次使用国内风洞试验数据作为结构设计依据的400m以上级别的超高层建筑）。在强风地区，500m以上高度的超高层建筑的风致响应是结构设计的控制性问题，一般情况下，当高度达到或超过200m时，超高层建筑的横风向荷载会超过顺风向风荷载而成为控制性风荷载,其机理十分复杂。气动阻尼特性是影响结构风振估计精准度的重要因素；对于500m级别的超高层建筑，采用空气动力学措施(包括采用合适的建筑外形)和阻尼器措施通常是超高层建筑抗风控制的两大类方法。但在我国由于超限审查等原因，加阻尼器的方法往往难于直接应用在具体的工程实践，故空气动力学措施愈显重要。

    但是目前针对此类建筑特点的系统性相关研究依然偏少，存在的主要问题有：虽然已有发现采用截面自下而上逐渐收缩的楔形气动外形（也包括采用退台方式）对于削弱横风向的漩涡脱落效应控制风振效应有利，已有这些研究仅仅是以160m~200m高的超高层建筑原型为研究对象，研究所得出的结果和结论不一定能够代表和描述500m以上级别超高层建筑的气动特性，此外已有研究所得到的结果和结论存在矛盾之处；同样是采用立面收缩方式，TJ117和KK100在风敏感风向两者反映漩涡脱落频率的关键参数斯托罗哈数St均在0.04~0.05之间，这和简单收缩楔形气动外形的St=0.1相差甚远；非正方形截面超高层建筑的气动阻尼特性研究较少，气动阻尼研究试验复杂、成本高；结构外形是影响结构风致荷载和响应的重要因素，对于结构外形的优化由于问题的复杂性(包括试验的复杂程度)，虽然做了一些工作，但缺乏详细的机理分析研究，至今为止研究所得的结果和结论尚且不足于可以形成指导气动控制设计的指导性原则和方法。

    因此本科技成果针对一类具有楔形外形的正方形平面超高层建筑的横风向气动荷载和风致响应特性进行细致的研究，考虑收缩锥率和平面切角的影响，进一步研究利用结构顶部设备和避难层角区开启透风的方法的抗风效果，分析这种方法的减振机理和适用范围，给出采取局部气动措施位置的取值建议；对位于不同地域和外形特征的GWT、KK100和TJ 117这3栋超高层建筑的气动荷载特性进行对比，并采用局部空气动力学措施对其风振响应和风致荷载进行控制，通过分析指出局部空气动力学措施（LAS）的局限和适应性。在此基础上将气动外形较差但控制效果最好的GWT的气动控制效果和采用基于调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较，对比了气动控制措施和基于调质阻尼器这两类不同方法的优劣；以KK100为背景实施了系列的气动弹性模型试验，通过试验获取该建筑风敏感风向的气动阻尼特性；提出了可有效模拟TMD装置的阻尼可调的悬臂结构，采用模型试验的方法验证了TMD方法进行风振控制的有效性并给出其控制效果的定量结果；提出一种基于谐波激励法(HEM)的超高层建筑多TMD的快速算法，基于刚性模型的同步测压数据利用此算法计算了KK100在受控下的风致响应，结果和气弹模型试验结果相互验证；提出了阻尼及支撑刚度可以数字化控制的摇摆自由度气弹天平并已研制出样机，该系统具有模拟刚度、阻尼可数字化控制、系统质量配置方便等创新点，已初步用于838m高长沙天空城市的气动弹性试验研究。

    通过本科技成果对GWT、KK100和TJ117这三栋建筑的横风向风致荷载和风致响应特性，对比了不同局部气动措施对这些建筑横风向气动荷载的影响，明确了对此类建筑进行外形优化和方向；通过大量的风洞试验分析揭示了气动抗风措施(整体和局部)的减振机理，总结出LAS的局限性和适应性，明确影响超高建筑横风效应的外形因素，推荐采取LAS位置的取值建议；提出基于HEM的超大结构在多TMD在风作用响应的快速算法；研制可用于超高层建筑气动弹性试验的数字化气弹天平。所得到的这些成果可为500m以上超高层建筑乃至“空中城市”的结构抗风设计提供重要科学技术支撑。除了GWT、KK100和TJ117，本项目成果还应用于天津周大福滨海中心(530m)、长沙天空之城(838m)、华润深圳湾总部大楼(400m)、南宁东盟塔(528m、外形优化)等高度超过400m的超高层建筑以及项目负责人所在研究团队后期所承担的超高层建筑的抗风咨询项目，取得了显著的社会效益和经济效益。