以典型矩形钝体断面为研究对象,本文通过不同长宽比矩形建筑模型同步测压试验,对边界层湍流中的矩形断面绕流特性、气动力形成机理及其空间分布进行了研究。通过引入额外的气动参数和竖向间距无量纲修正,提出了边界层湍流风场三维空间结构分析方法和归一化的三维脉动风荷载(顺风向、横风向和扭转风荷载)相干函数经验模型,并推导出适于工程实用的三维风振响应简化计算方法,为高层建筑风荷载取值和风振响应评估的精细化分析提供了参考。本文的主要研究内容为:1.介绍了均匀各向同性湍流理论和竖向均匀剪切速度张量模型,分别从理论推导和试验验证的角度对边界层湍流三维空间结构和相关性进行了分析。对横向和竖向脉动风速相干函数模型进行了修正,提出了预测三维剪切流中任意空间两点相关性的简便方法;2.对边界层湍流和三维竖向流动作用下的二维钝体断面绕流特性及非定常气动力特性进行了研究,讨论了大尺度湍流、断面长宽比、离地高度和端部效应对流动分离特性、分离流再附、尾流状态及表面风压分布的影响。定量给出了不同风场中回流区长度及其沿建筑高度的变化规律,在此基础上,对矩形断面侧边脉动风压概率密度特性进行分析,提出了考虑再附区影响的矩形建筑侧边极值风荷载分区方式;3.通过矩形建筑刚性模型测压试验,对边界层湍流中脉动风荷载三维空间特性进行了分析,在频域内讨论了大尺度湍流、结构特征尺寸、离地高度和端部效应对脉动风荷载点谱和能量转换形式的影响,定量给出了不同长宽比矩形断面各边对扭矩脉动荷载的贡献比例。在综合考虑湍流特性、结构特征尺寸和间距无量纲修正的基础上,提出了物理意义更加明确的高层建筑脉动风荷载归一化相干函数模型;4.给出了考虑风荷载三维空间特性的实用风振响应计算方法,并通过两栋高层建筑数值算例和2:1矩形断面气动弹性模型风洞试验,验证了该方法在高层建筑风致振动分析中的适用性。