典型体育馆屋盖表面平均风压特性及干扰效应风洞试验研究

为了满足沈阳市铁西新区体育馆的抗风安全需要，进行了表面风压分布特性风洞实验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法；对比研究了在有、无临近建筑物干扰情况下的体育馆屋盖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。结果表明，当施扰建筑位于上游时能减小风对体育馆屋盖的升力作用，在平行位置将增加对屋盖的升力作用，在下游时可减少对屋盖的升力作用。     

结构干扰对煤棚表面风荷载影响的试验研究

为了确保大跨煤棚结构不被风荷载破坏，通过刚性模型测压风洞试验研究有、无干扰对煤棚结构风荷载的影响。结果表明：结构正对来流方向主要承受风压力作用，屋盖顶部主要承受风吸力作用，屋盖顶部风吸力最大；风荷载沿风向表现明显梯度，具有渐变性；施扰煤棚遮挡效应整体减小了受扰煤棚的风荷载，但也要注意干扰造成受扰煤棚局部风荷载变大的不利影响；当待测模型和干扰模型沿风向并列布置时，结构中间区域风荷载几乎不随跨向位置改变而改变，结构沿展向部分区域风荷载急剧变化。研究结果可为大跨煤棚结构抗风设计提供参考依据。     

大跨开合式屋盖峰值风压的试验研究

以1:300的几何缩尺比制作了一个开合式大跨屋盖体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场进行了同步测压风洞试验。对活动屋盖开启和关闭工况下的屋盖表面净风压时程的随机特性进行了研究,结合概率曲线相关系数法对屋盖净风压时程在Gumbel、R-Weibull、Normal和Gamma四种候选分布中选择了最恰当的Gamma和Normal分布来描述测点的风压系数概率分布,进一步采用了转换过程法对屋盖测点的极值风压峰值因子进行了估计,并给出了极小值风荷载分布。结果表明:①转换过程法可以较好考虑风压的非高斯特性,能更安全地估计开合屋盖测点的极值风压;②固定屋盖的极值风压峰值因子在活动屋盖开启工况要稍大于活动屋盖关闭工况,其位置主要在固定屋盖屋顶口;活动屋盖极值风压峰值因子则开启工况小于关闭工况。③对于峰值风压,由于关闭工况下较大的平均风荷载,其极小值风荷载总体上仍大于活动屋盖开启工况。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载背景分量的确定方法探讨

重点对结构等效静力风荷载背景分量的确定方法进行了系统分析。并结合风洞试验,分别采用阵风荷载因子法、风压轮廓面法和荷载响应相关系数法,分析一鞍形索网屋盖结构不同风向角、不同极值响应对应的等效静力风荷载背景分量,并与风洞试验方法确定的极值响应对应的瞬态脉动风压进行对比,结果表明荷载响应相关系数法在确定该类结构等效静力风荷载背景分量有很好的适用性,而其它几种方法计算偏差较大,这为大跨度屋盖结构等效静力风荷载的研究奠定了一定的基础。     

周边建筑对轻轨站房风荷载的干扰效应研究

以典型轻轨站房为例,利用刚性模型测压风洞试验,研究了周边建筑与站房高度比分别为 0.66,1.08,1.50 条件下,周边建筑对轻轨站房风荷载的干扰效应。风洞试验结果表明,受周边建筑物干扰效应影响,站房受到的水平风荷载减小,当周边建筑物高度不高于站房（高度比=0.66,1.08）时,竖向风荷载亦减小;当周边建筑物高于站房（高度比=1.5）时,在 0°?70°风向区间站房收到的竖向风荷载增大。周围建筑物使得站房周边流场中的湍流成分增加,作用于站房表面的脉动风压亦增大,当周边建筑物高于站房时,脉动风荷载的干扰效应尤为明显,水平向脉动风荷载干扰系数达到 1.8。站房表面极值风压受周边建筑影响较大,尤其是当施扰建筑高度大于站房时,该种情况下,屋盖及墙面极值风压均明显增大,其中,屋盖角区风吸力增大 12.5%,墙面角区风压力和风吸力增幅分别达到33.5% 和 16.7%。     

神经网络方法在大跨度屋面风压研究中的应用

大跨度结构屋盖表面风压系数和功率谱的测量对于结构风振响应的计算有重要意义。提出了根据有限的风洞试验测试结果用神经网络方法预测未知点平均和脉动风压系数、以及脉动风压的自功率谱和互功率谱函数的方法,并将这一方法应用于一座实际大跨度屋盖结构,其预测结果与实测值吻合得较好。这为研究大跨度屋盖结构的风荷载和风振响应分析提供了一个有效方法。     

小振幅振动屋盖风压特性研究

风荷载作用下,大跨度屋盖通常会出现不同频率的小振幅振动。为描述这类小振幅振动屋盖的风荷载分布情况,采用准定常理论,构造基于时间离散的准定常风压统计方法,并由此给出相应的平均风压统计表达式。采用计算流体力学方法,对不同振动频率的屋盖进行风压分布模拟,结合准定常风压统计方法分析屋盖表面平均风压和脉动风压分布特性,并与相关风洞试验数据进行对比。研究结果表明:对于二阶振型振动的小振幅平屋盖,在不同振动频率条件下,屋盖表面平均风压的分布与静态平屋盖的形态接近;而脉动风压的特性与静态平屋盖的情况差别较大。     

行业标准《屋盖结构风荷载标准》的主要内容

全面介绍了新编行业规范《屋盖结构风荷载标准》的主要内容。针对多种屋盖主体结构的风振响应计算分析和抗风设计,采用平均风压与脉动风振等效静力风压之和表达主体结构的风压标准值,提出了脉动风荷载作用下结构风振响应极值的单目标、多目标等效静力荷载表达方式;采用多目标等效静力风荷载分析方法,给出了平面桁架、张弦梁、网架、球壳、柱壳、鞍形屋盖和悬挑屋盖的风振等效风压系数图表及体型系数图表。采用围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值,规定了长/短时距的风压极值估计方法,给出了低矮房屋单坡/双坡类屋盖、四坡屋盖、中高层房屋屋盖、开敞屋盖、悬挑罩蓬的风压系数极值图表。《屋盖结构风荷载标准》引入屋盖主体结构风振等效风压系数和围护结构风压系数极值的概念,完善和发展了我国屋盖结构抗风设计的相关规定。     

椭圆形体育馆悬挑罩棚风荷载分布规律的试验研究

大跨度体育场馆轻质罩棚对风荷载往往比较敏感,风荷载成为此类结构设计的控制荷载之一。为了满足工程设计与试验研究的需要,该文对复杂体型体育馆进行了刚性模型测压试验,同时考虑了风向角对风荷载体型系数的影响,经过计算分析得到了不同风向角下结构表面的体型系数分布。研究结果表明:罩棚顶部大部分区域为负压且顶部的波浪造型对风压分布有明显的影响;同时分析出围护结构风敏感区域及风吸力最大值,对结构抗风设计提供了重要依据。     

台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

通过大跨度屋盖建筑刚性模型风洞试验和气动弹性模型风洞试验,得到屋面节点风压时程和加速度时程.采用试验所得的脉动风压时程数据利用有限元法对屋面进行风振瞬态响应分析得到了屋面位移和加速度响应,并与气动弹性模型风洞试验结果相比较,验证瞬态分析的正确性.详细阐述了台风致窗户破坏时大跨度屋盖结构的风振响应机理和特点,计算并比较了四周封闭和突然开孔两种情况的荷载风振系数和位移风振系数.这些结论为大跨度屋盖结构的抗风设计提供了指导和参考.     

马鞍屋盖表面面积平均风压特性研究

为完善我国建筑荷载规范中有关围护结构和覆面材料的设计,本文提出了面积平均风压的概念。通过刚性模型风洞测压试验,研究了马鞍屋盖表面的面积平均风压特性。⒈ 以锥形涡为引,确定各矢跨比马鞍屋盖表面出现锥形涡的来流工况,以涡核吸力和涡核互相关性为依据,确定了马鞍屋盖的最不利风向为沿高点连线方向。⒉ 在一定附属区域内对单点风压进行集合,得到面积平均风压（时程）;在马鞍屋盖表面实行各种分区,探讨了最不利风向下各面积平均风压时程的峰值吸力随附属面积的变化趋势,得到了相应的拟合公式;通过各区域内单点风压时程的累积概率分布,验证了该拟合公式的准确性与有效性;根据偏度和峰度值大小,分析了面积平均风压时程的非高斯特性,并与单点时程的风压特性进行了比较,结果表明面积平均风压时程曲线中风压脉动分布均匀,高频脉动减少,因而其非高斯特性并不如单点突出,且普遍偏向高斯分布     

井冈山机场航站楼屋盖表面风压的数值模拟及试验研究

采用数值模拟方法对井冈山机场航站楼屋盖结构在近地风作用下的表面风压进行了计算,并在边界层风洞中对该屋盖的表面风压进行了模型试验测定.数值模拟基于稳态的Reynolds时均Navier-Stokes方程,运用了标准k-ε湍流封闭模型.将计算得到的风压系数值与风洞试验值作了比较,结果表明数值模拟较好地反映了大跨度屋盖表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合.     

两对称建筑干扰下的超高层建筑风荷载及风效应研究

两施扰建筑和受扰建筑为等比例方柱模型,通过刚体模型同步测压试验获得单体建筑以及不同干扰工况下受扰建筑的表面风荷载,并在不同折算风速下进行结构风振响应计算。在上游两对称施扰建筑布置下,详细分析受扰建筑的基底气动荷载干扰因子(aerodynamic interference factor, AIF)、基底弯矩响应和结构顶部加速度包络干扰因子(enveloped interference factor, EIF)的分布规律。研究表明上游两侧对称建筑干扰下,顺风向、横风向和扭转向的基底气动力平均值和脉动值主要呈现遮挡效应。上游两侧对称建筑横向距离较大时的AIF大于其横向距离较小时的结果,且其顺风向、横风向和扭转向的峰值基底弯矩响应均表现不同程度的放大效应,相应最大干扰因子EIF分别为1.39、1.04和1.18,然而上游两侧对称建筑的横向间距较小时的顺风向、横风向和扭转向峰值基底弯矩响应仍表现为遮挡效应。受扰建筑顶部顺风向峰值加速度主要起放大效应,最大干扰因子EIF达到1.77。横风向峰值加速度的最大干扰因子EIF达到1.48,但整体小于顺风向的结果。     

考虑中尺度台风影响的大跨度航站楼屋盖风压特性研究

屋盖局部损坏是大跨度航站楼风致破坏的最典型形式,尤其是在强台风频繁发生的东南沿海地区。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入基于非静力平衡欧拉方程模型的天气预报模式(Weather Research and Forecasting, WRF)对"鲇鱼"台风进行高时空分辨率模拟。以厦门国际机场航站楼为例,首先采用三重嵌套的中尺度WRF技术分析了"鲇鱼"台风近地面三维风场特性,并基于非线性最小二乘法拟合得到边界层风速剖面。然后通过用户自定义函数确定小尺度CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟的入流风场,采用标准k-ε湍流模型分别模拟台风风场及良态A类风场环境中大跨度航站楼结构风场分布,基于悬空屋檐上下端压差分析确定了最不利来流风向角。最后基于大涡模拟技术深入探讨了最不利工况下屋盖极值风压特性,对比阐释了台风和A类风场下屋盖流场及风压形成机理。结果表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.091;考虑中尺度台风影响会增大屋盖平均和极值风压,极值风压最大增幅可达31%。研究结论可为此类大跨度航站楼屋盖台风荷载取值与抗台风设计提供科学依据。     

单个建筑物对平屋面风荷载的干扰效应试验研究

提出采用整体平均风压系数、第1阶振型广义力和屋面各区域最不利极值风压系数的干扰因子分别综合反映干扰效应对平屋面平均风荷载、脉动风荷载和极值风压的影响,采用刚性模型测压风洞试验,对被单个相同形体建筑所干扰的平屋面表面风压进行测量,研究改变建筑物之间的相对位置和风向角,平屋面整体平均风压系数和屋面第1阶振型广义力和最不利极值风压系数干扰因子的变化规律。研究结果表明：屋面整体平均风压系数干扰因子与第1阶振型广义力干扰因子分布规律相似;施扰物在受扰物的迎风上游,遮挡效应引起的缩小效应显著;沿与风向垂直方向,施扰物与受扰物并列布置时,放大干扰效应显著;斜风向条件下的干扰效应比0#x000b0;风向的影响范围大;干扰效应对屋面角部最不利极值风压影响显著,但对屋面中心区域的影响较小。     

体育场双挑篷风荷载干扰效应的试验研究

摘要：以内蒙古乌海市奥林匹克中心体育场为工程背景,进行了刚性模型同步测压风洞试验,研究了2个不同高度挑篷之间的相互干扰效应,包括总风吸力、平均和脉动风压系数分布、以及典型测点的风压功率谱等。结果表明：高挑篷对低挑篷风荷载的干扰在某些风向角下较大,且主要表现为“遮挡”效应;低挑篷对高挑篷的干扰也主要表现为“遮挡”效应,但小于高挑篷对低挑篷的影响。     

屋盖结构背景响应等效风荷载的一种简化算法

屋盖结构以非共振响应为主,因此适用于共振响应的阵风荷载因子法已不再适用,而LRC法由于具有计算繁琐、与响应位置和类型有关等不足而难于应用。提出以最大(小)升力为目标的荷载升力相关(LLC)法,分析其原理,并给出具体的计算步骤。当风压为全相关时,LLC法得到的等效风荷载即为屋面的脉动风压,因而LLC法将用于结构整体计算和围护结构计算的风荷载公式相统一。通过两个实例检验LLC法计算低层房屋屋盖结构等效风荷载时的合理性。     

屋盖结构背景响应等效风荷载的一种简化算法

屋盖结构以非共振响应为主，因此适用于共振响应的阵风荷载因子法已不再适用，而LRC法由于具有计算繁琐、与响应位置和类型有关等不足而难于应用。提出以最大（小）升力为目标的荷载升力相关（LLC）法，分析其原理，并给出具体的计算步骤。当风压为全相关时，LLC法得到的等效风荷载即为屋面的脉动风压，因而LLC法将用于结构整体计算和围护结构计算的风荷载公式相统一。通过两个实例检验LLC法计算低层房屋屋盖结构等效风荷载时的合理性。     

国家体育场大跨度屋盖结构风场实测研究

通过自主开发的基于无线传感技术的土木工程结构风场实测系统,对国家体育场大跨度屋盖上的风速风向进行了监测,获得了屋盖上的风场实测数据。经过对实测数据的分析,得到了平均风速和风向、阵风系数、湍流度以及脉动风速功率谱等风特性参数,分析结果表明大跨度屋盖上风场与自然来流特性存在较大差别,表现为非高斯特性明显﹑湍流度较大﹑脉动风速功率谱在较高频率处达到峰值﹑空间上不同点脉动特性相关度较弱;本文从实测角度上证明了大跨度屋盖结构不适用准定常假定     

冷却塔群塔风致干扰脉动风压频谱特性与相关性

冷却塔群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载,缺少群塔组合对于脉动风压干扰特性的研究。该文选取矩形布置的八塔组合为研究对象,对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验。基于不同风向角条件塔筒表面的脉动风压时程,研究了测点之间的脉动风压相关性,分析了关键测点风压频谱与环向整体合力频谱的相关性,比较了环向整体阻力(顺风向合力)与升力(横风向合力)的功率谱受扰特性,并基于试验数据给出了关键点风压以及合力的功率谱拟合表达式。频谱分析结果表明:干扰会增大结构敏感区域内的升力功率谱密度取值,由此引起的动力放大效应亟需关注。该文关于脉动风压干扰的研究策略和结论可为类似群体建/构筑物组合气动干扰效应分析提供借鉴思路。