罩棚结构对低矮建筑局部风载影响规律试验

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角及屋面坡角为变量,针对单体低矮建筑及罩棚与低矮建筑组合而成的罩棚式低矮建筑屋面局部风载展开风洞试验研究,采用风压系数差深入探讨B类地貌下罩棚结构对配套低矮建筑屋面迎风屋沿、屋脊及屋面角部等局部测点风压影响变化规律。结果表明:不同风向下罩棚对低矮建筑迎风屋沿处风压的影响随着屋面坡角的增大而减小,对背风屋面各分区的影响较小。随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域受罩棚影响呈增大趋势。45°斜风向下,平屋面(β=0°)迎风屋沿测点6风压系数变化最大,风压系数差为-2.01。当来流平行于屋沿方向时,罩棚结构对迎风屋沿、屋脊、屋面角部等易损区的风压系数随坡角的变化影响最小。     

半月拱形大跨度屋盖的风荷载干扰效应研究

以某半月拱形大跨度屋盖体育场为背景,采用刚性模型的风洞试验和上、下表面同时测压技术,对该体育场屋盖上、下表面的风荷载进行了研究。通过在屋盖上、下表面布置测点,获得不同风向角时屋盖上、下表面各测点的风压系数。对比分析了在有、无上游建筑物遮挡时屋盖表面的综合风压,以及上游建筑物对该体育场屋盖上、下表面风压的影响。研究结果表明:体育场屋盖的风荷载主要以向上的风吸力为主,屋盖迎风支座处正压较大,最大风压系数达1.4,悬挑处负压较大,最大负风压系数达-2.0。在不同风向角下,上游建筑物对屋盖表面风荷载的干扰效应有所不同,在60°风向角下,干扰效应最为明显。     

不同坡度双坡屋盖表面风压特性研究

通过提取东京工艺大学低矮建筑气动数据库中的风压数据,以点风压和面积平均风压为分析参数,研究了不同坡度双坡屋盖表面的风压特性。首先给出了正风向及斜风向作用下,屋盖表面的平均和脉动风压分布。其次,通过Hermite Model法计算了双坡屋盖表面各区格面积平均风压时程的峰值因子,进而计算得到各区格的风压统计峰值,并据此分析了双坡屋盖的最不利风向和易损位置。以迎风角区域为参考,计算了该区域与屋盖其余部位面积平均风压的相关特性。最后探讨了部分国家规范中双坡屋盖围护结构设计风荷载的相关条文,并针对GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》给出了修订建议。研究结果表明,根据各坡度屋盖风压分布、风压相关性和风压统计峰值的特点,可将双坡屋盖分为3个坡度区间,即0°≤θ≤15°（低坡度）、15°<θ≤30°（中等坡度）和30°<θ≤45°（高坡度）;在多数双坡屋盖表面,吸力统计极值的最大值均发生于斜风向作用下的迎风角区域;考虑最不利风向下不同部位风吸力幅值的差异,可将低坡度的屋盖表面分为角部、长边边缘、短边边缘和中部4个区域,中等坡度和高坡度的屋盖表面可在此基础上进一步细分出屋脊区域以及短边边缘与屋脊交接区域进行风压统计。     

大跨索穹顶屋盖结构风洞试验及敏感风速研究

大跨索穹顶屋盖结构频率密集,其风振动力响应复杂,不同风速下脉动风响应对大跨索屋盖结构的风敏感性影响一直是当前风工程研究的热议难题。针对大跨索穹顶屋盖结构,设计制作了缩尺比为1∶250的试验模型,在B类地貌下开展了36组风洞测压试验,研究了全风向角下大跨索穹顶屋盖结构的风压峰值分布规律和典型不利风向角,最后基于风洞试验数据,探究了索穹顶屋盖在不同风速等级下的风振敏感性。结果表明：索穹顶屋盖主要以承载负风压为主;屋面以承载Z向负风振位移响应为主,呈现中心区域向周边下降的变化规律;屋面Z向风振位移响应随风速增大而递增,平均风响应随风速增大呈线性递增;部分风速等级下索穹顶屋盖的脉动风位移响应和总极值位移响应敏感,且风振系数较大;结构屋面响应最大点处风压系数时程傅里叶变换幅值在结构前10阶部分频段为峰值,表明索穹顶屋盖结构存在敏感风速范围,其脉动风响应显著,且与结构模态自振特性密切相关,抗风设计时应找出敏感风速范围,并对响应显著区域加强抗风设计。     

罩棚影响低矮建筑局部极值风压试验研究

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角和屋面坡角为变量,针对单体低矮建筑及罩棚与低矮建筑组合而成的罩棚式低矮建筑的屋面局部极值风压展开风洞试验研究,深入探讨罩棚结构对与之配套的低矮建筑屋面迎风屋檐、屋脊及角部局部测点极值风压系数差的影响。结果表明:在垂直屋脊来流风向(风向角0°)下罩棚对低矮建筑迎风屋檐处测点极小值风压系数差的影响随着屋面坡角的增大而减小;随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域测点极大值、极小值风压系数差受罩棚的影响增大,且45°风向角下达到最大;当来流风向平行于屋檐方向(风向角90°)时,随着屋面坡角的变化,罩棚结构对低矮房屋迎风屋檐、屋脊、角部等局部易损区测点极大值、极小值风压系数差的影响最小。屋面坡角为45°时,随着风向角的改变,屋面局部测点极小值风压系数差受罩棚的影响较其他屋面坡角的小。     

周边高层建筑对大跨度曲面屋盖的气动干扰

结合无锡新区科技交流中心的风洞试验,分析了有无周边建筑两种情况下的风压分布,并对梅花形屋盖的花蕊、花瓣凹弧面和花瓣凸弧面3个典型部位的风荷载体型系数进行了研究,获得周边高层建筑对大跨度曲面屋盖气动干扰的相关结论:虽然受扰建筑的最不利风向角和风压发生很大变化,但是最危险部位始终处于檐口附近,而且是负风压为主;在"兜风效应"的作用下,受扰建筑的风压会急剧增大;在"阻挡效应"的作用下,受扰建筑的风压存在由负压向正压变化的趋势;屋盖凹弧面的槽向与风向角一致时,存在涡流作用与"兜风效应"叠加的现象,受"吸"破坏力极大,在曲面屋盖设计中应予以重视。     

倒角化迎风前缘对平屋盖表面风压特性的影响

通过刚性模型风洞测压试验，针对分离泡和锥形涡作用情况，研究了不同风向下倒角化迎风前缘对平屋盖表面风压幅值和脉动特性的影响。对比分析采用倒角化迎风前缘前后，平屋盖表面风压分布以及角部面积平均风压的变化。通过本征正交分解法，给出了平屋盖表面风压脉动的特征值和特征向量。从时域和频域角度，分析了倒角迎风前缘部位测点的风压特性。结果表明：采用倒角化迎风前缘后，分离泡和锥形涡作用区内风吸力单调递减，但迎风前缘附近风吸力可能增大；分离泡作用下，倒角化迎风前缘将增大屋盖角部面积平均风压均值；锥形涡作用下，其可减小屋盖角部面积平均风压的均值和极值，最大降幅分别为68%和82%；屋盖表面风压脉动区域减小至迎风前缘附近，且风压脉动能量降低，最大降幅出现在锥形涡作用下倒角半径较大的平屋盖表面；在倒角迎风前缘部位，极值风吸力和脉动风压谱峰值可超过其邻近区域；增大倒角半径，该部位的极值风吸力和低频风压脉动能量将有所降低。     

不同地貌下几个典型屋盖的风压特性

在均匀流场、市郊地貌及城市地貌中对包括双坡、球壳及柱壳的几个典型屋盖进行了风洞试验,利用同步多点压力扫描技术得到屋盖的风压数据。将分布于屋盖的局部体型系数与建筑结构荷载规范进行了比较,讨论了不同地貌及风向角对屋盖风压的影响,分析了各风向角下的绝对值最大的负局部体型系数及出现的位置。发现位于双坡屋盖的屋角、屋檐及屋脊区域的风压远大于其它区域的风压,均匀流中这些屋盖的平均风压是市郊地貌屋盖的2至3倍,而市郊地貌屋盖的平均风压又是城市地貌屋盖的2至3倍。     

阳台对低矮房屋表面风荷载影响的数值模拟研究

采用大涡模拟(LES)方法,以长宽高之比为1.0∶1.0∶0.5的平屋盖建筑为对象,在建筑立面上引入阳台后,对不同风向角下模型表面的风荷载进行了数值模拟计算。通过与风洞试验结果的对比发现,大涡模拟能较好地预测建筑物表面的风压分布。在此基础上,重点探讨了不同风向角下立面阳台对建筑物表面风压和绕流风场的影响,同时考虑了不同来流风场条件的变化对阳台作用效应的影响。研究结果表明,立面阳台的引入会明显改变气流在建筑表面的分离、再附着形式,使得表面风压沿高度方向上的分布发生变化;引起的变化主要集中在建筑物的迎风面,特别是在迎风面最上面一排阳台及其以上区域;随着来流风向角的增加,阳台对建筑迎风面上风压的影响逐渐加大。     

杭州萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖风荷载的风洞试验与数值模拟研究

综合采用风洞试验和计算流体动力学(简称CFD)数值模拟方法,对萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖表面风荷载进行了分析研究.首先,分析了屋盖表面典型位置的平均风压系数和脉动风压系数随风向角的变化规律,进而研究了具有较大平均和脉动风压系数的75°和270°风向角下,屋盖短轴中心位置和边缘位置截面测点平均风压系数随位置的变化情况;然后,研究了典型风向角下屋盖表面体型系数等值线云图,并给出了用于屋盖结构抗风设计的分块体型系数;最后,结合CFD数值模拟所得屋盖周围流场,分析了屋盖风荷载作用机理.结果 表明,来流在屋盖迎风边缘位置存在较为明显的流动分离现象,屋盖总体上处于流动分离区,导致屋盖总体表现为受到向上的风吸力作用;屋盖迎风边缘位置流动分离更为显著,因此该位置的风吸力也最大,比较容易引起屋盖的局部受风破坏.     

大跨屋盖表面局部体型系数和峰值风压研究

基于大跨平屋盖和马鞍屋盖风洞测压试验,利用面积时程法得到全风向下屋盖最不利局部体型系数,并将计算结果与我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》进行对比分析,同时采用Davenport峰值因子法、Hermite矩模型理论,分别计算高斯区、非高斯区峰值因子,得到屋盖表面最不利峰值风压。结果表明:我国GB 50009—2012中关于围护结构局部体型系数的规定不尽合理,在屋盖迎风前缘拐角区域明显低估了风吸力;对于迎风前缘中部区域,规定的局部体型系数过于保守;对于屋盖的中心区域,采用单一系数低估了迎风拐角区域与中心区域交界处的体型系数。为此,基于风洞试验和理论计算结果,参考日本AIJ-2004,对两类屋盖的全风向最不利局部体型系数和峰值风压系数进行了分区界定并给出相应的建议值。     

大连市贝壳博物馆表面风压分布特性风洞试验研究

为了满足大连市贝壳博物馆的抗风安全需要,进行了刚性模型表面风压分布特性风洞试验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数与基本的数据处理方法,给出了典型风向角下结构表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律;分析了各风向角下绝对值最大的局部体型系数及其出现的位置,并将屋盖的局部体型系数与现行《建筑结构荷载规范》(GB 5009—2001)进行了对比。结果表明:屋面上表面的风荷载主要表现为负压,顶部迎风挑檐边缘较大,屋面的尾流区域较小或为正压。屋面两侧的悬挑部分及主入口处迎风时分布有大面积正压,以靠近拐角部分最大,且这部分屋面对风作用反应敏感,设计时应考虑体型系数的变号情况。     

大跨屋盖结构风洞试验及风振响应研究

基于南通兴东新建航站楼结构风洞试验,对该航站楼大跨屋盖结构的整体风压分布以及重要分区的风压分布特性进行研究。并且在风洞试验的基础上,根据各阶振型应变能贡献大小,确定风振响应频域内的计算阶数,进行频域法风振响应分析,并对结构的位移响应风振系数进行对比分析。研究表明:0°风向角为屋盖结构的最不利风向角,迎风区屋檐两端会产生较大的局部风吸力,平均风压系数绝对值达到1.7左右;屋盖中间区域平均风压系数均为负值,风吸力在0°和180°风向角附近达到最大,挑檐区域的风吸力最大值要大于屋盖中间区域;通过各阶模态应变能贡献量确定主要贡献模态,进而选定包括所有主要贡献模态的前m阶模态作为截断模态的方法是可行的;屋盖挑檐区域各分区的最大风振系数要明显大于屋盖中间区域。     

地貌类型和长宽比对平屋面建筑风荷载的影响分析

通过风洞试验研究了地貌类型和建筑物平面长宽比对平屋面建筑平均风压系数、均方根风压系数、极值风压系数、屋面平均升力系数的影响规律,研究结果表明:地貌类型对平均风压系数影响较小,对均方根风压系数、极值风压系数影响显著,对于与模型短边正交的风向角下,C类地貌下典型断面迎风分离区均方根风压系数最大值约为A类地貌的1.5倍,A、B、C类地貌条件下典型断面的再附点距迎风前缘的距离分别为0.7H、0.4H、0.3H(H为模型高度);建筑平面长宽比对风压系数的影响较小,增大沿风向方向的建筑物长度,屋面更多区域处于气流再附后区域,平均升力系数幅值减小;地貌类型和长宽比对屋面角部区域全风向极值风压系数影响较大,对中间区域影响较小,对于角部区域,C类地貌下的极值风压系数较A类和B类地貌的明显偏大,长宽比为2.5模型的极值风压系数明显较长宽比为1.5和2.0模型的大,增幅均在20%左右。     

台风风场作用下体育场罩棚风压分布风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验研究了台风风场高湍流、强变异性等特征对大跨结构风压分布特性的影响。以某体育场罩棚为原型制作1∶300刚性模型,进行了常规B类风场和台风风场作用下的测压对比试验。基于试验数据,从测点风压和总体升力角度对两类风场作用下体育场罩棚结构的风压分布总体特性进行了分析,重点比较了典型测点在典型风向角下的风压分布规律及相互关系。结果表明：两类风场作用下平均风压的分布规律基本类似,但各风向角下台风风场中的屋盖总体升力比B类风场增大8%~25%;台风风场的高湍流特性导致基于极值负风压求得的各风向角下屋盖总体升力比B类风场大27%~46%,各测点的极值风压均明显高于常规B类风场作用下的对应值,比值约为1.13~1.70,因此对于台风多发地区的大型体育场屋盖设计,必须考虑台风风场高湍流所致的脉动风压增大效应。     

考虑地貌影响平屋面低矮建筑屋面局部风压特性试验研究

基于缩尺比为1∶20的平屋面低矮房屋风洞试验模型,在A、B、C三类不同地貌条件下,以风向角为变量,研究地貌对低矮建筑屋面局部平均、脉动以及极值风压分布的影响。试验结果表明:屋面局部区域受风向角影响较大并呈现一定规律性。迎风屋面边沿区域以及角部区域受风向影响最为明显且风压大于其他区域;在斜风向45°风向角时,迎风屋面边沿区域角部测点平均、脉动、极值风压系数最大,为该类房屋最不利风向角;不同地貌对低矮房屋屋面平均风压系数影响较小,对脉动、极值风向系数影响较大。在0°、90°风向角时迎风屋面边沿平均风压系数受地貌影响较大,在斜风向下地貌的改变对屋面平均风压系数影响不大;随湍流度的增大屋面平均、脉动、极值风压系数绝对值也相应增大。     

吉林火车站屋盖结构风荷载特性的试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到在有无周边建筑群干扰下屋盖表面的平均风压系数、脉动风压系数以及屋盖的升力系数分布特性,同时对屋盖局部体型系数及结构风振响应进行详细的对比分析研究。研究结果表明:火车站屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),屋盖合力升力系数均为负值。主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气流分离较小,因而站台雨篷风压系数较小。周边的干扰建筑整体上对屋面全风向局部体型系数有一定的遮挡效应,但也不能忽略部分区域增大的情况;周边建筑群对站台雨篷角部、主站楼凸起的天窗及东西两侧悬挑屋面区域风振响应影响较大。     

复杂体型大跨屋盖风荷载特性的风洞试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了在有无周边建筑群干扰下屋盖表面的风压系数等值线图、脉动风压系数与屋盖的升力系数随风向角的变化曲线,对其风压分布特性做了详细的对比分析研究。研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),屋盖合力升力系数均为负值。主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气流分离较小,因而站台雨篷风压系数较小。     

双坡低矮建筑风压系数的概率统计特性分析

基于低矮建筑表面风压测量风洞试验数据,分析了低矮建筑各部位风压系数的概率统计特征。分析结果显示,在迎风墙、屋盖上风区和侧墙上风区以及斜风时屋盖某些关键测点上,风压系数的偏度系数和峰度系数都严重偏离高斯过程对应值,表现出很强的非高斯性;在背风墙、屋盖下风区和侧墙下风区,尽管风压系数的偏度系数接近高斯过程对应值,但峰度系数仍然偏大,风压系数仍然是非高斯性的。将利用峰值因子法得到的模型各测点上的最不利正、负风压系数与直接观察法得到的结果进行了对比,结果表明,峰值因子法低估了墙面上的最不利正、负风压系数,低估了屋盖上的最不利负风压系数,但高估了屋盖上的正风压系数,估计误差率在-37%～+120%之间。     

鱼形屋盖结构风荷载特性的试验研究

以海南石梅湾游艇会所为工程背景,进行了刚性模型同步测压风洞试验,研究了单体建筑与两栋建筑有相互干扰影响时的鱼形屋盖屋面平均与脉动风压系数、屋盖局部体型系数以及屋盖整体升力系数分布特性,并进行了详细的对比分析研究.研究结果表明:屋盖表面主要呈现负风压(风吸力),在迎风屋檐气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;当来流顺沿尾部贯通的连廊吹来时,增强的气流对屋盖下表面产生向下的吸力,且这股吸力要大于上表面向上的吸力,屋盖上下表面风压叠加后使该处屋面呈现一定的正风压;干扰建筑的存在对屋面全风向局部体型系数和屋盖整体升力系数有一定的遮挡效应.所得结论对复杂体型屋盖结构的抗风设计具有参考价值.