下击暴流属局部强对流天气现象,风场中的极值风速对近地面建筑结构危害很大。国内对下击暴流集中于风场及风荷载相关研究,侧重考虑地形因素影响以及风场对各类建筑的影响,但是尚未研究不同粗糙度地貌对风场的影响。因而本文采用研究不同粗糙度地貌下的下击暴流风场特性,并在此基础上进一步研究不同粗糙度地貌下高层建筑表面风荷载特性,主要内容有:(1)通过风洞试验及基于粗糙元建模的数值模拟方法,研究粗糙度对下击暴流风场的影响。研究发现径向距离和粗糙度都对出流衰减有非常重要的作用。在下击暴流喷口下方区域,出流强度大,风场受粗糙度影响较小。而径向距离增大及粗糙度增大,流场风速会发生明显衰减。对比发现,粗糙度对风场的影响相对较小,径向距离对风场衰减的影响更大。极值风速绝对值较小,发生的位置升高,粗糙度对风剖面有抬升作用。通过瞬态特征对比发现,随着粗糙度增大,极值风速发生的时间会提前。(2)通过对比冷源模型与冲击射流模型的瞬态发育过程,冷源模型与冲击射流模型在近地面处差异较大。由于冷源模型考虑重力作用,竖向风速场在下冲区域更加稳定,冷源模型主涡的运动轨迹更低,主涡径向移动更加平稳。冷源模型的下击暴流风场对粗糙度地貌的敏感性更强,不同粗糙度地貌中得到的竖直风剖面差异较冲击射流模型的差异更大。冷源模型采用可压缩流体,考虑温度与密度耦合,涉及粘性流动、热传导等多个复杂物理过程,能量损耗更大。(3)通过风洞实验及基于粗糙度显式建模的数值模拟方法,研究粗糙度对处于下击暴流风场中的高层建筑表面风压的影响。研究发现,不同粗糙度地貌对建筑表面风压有影响,但影响相对较小。随着粗糙度的增大,对比平均风压系数结果:迎风面正风压系数略有升高,背风面负风压绝对值减小,侧面风压系数受粗糙度影响变化不明显。对比脉动风压结果:随着粗糙度的增大,侧面脉动风压系数随着增大,而迎风面和背风面的脉动风压系数受粗糙度影响变化不明显。与风场结果一致的是,极值风压系数的位置随着地貌粗糙度增大而相应升高。