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。     

深圳市民中心工程风洞试验研究

通过风洞测压试验分析了深圳市民中心屋盖的平均风压和极值风压分布。试验表明,翘曲屋盖与平屋盖在风荷载特性上具有一定的类似特性,屋盖承受风荷载的最不利位置在斜角迎风区域,这主要是由于风遇屋盖分离形成的锥形漩涡所致。在法向迎风面形成的柱形涡也导致了较大的局部负压和升力,值得注意。     

开合屋盖体育场风荷载特性试验研究

建筑立墙迎风面开孔时内部风压随开口处外压变化显著,使得屋盖所受净压显著增大,其测量值往往大于规范取值。而对于屋盖顶部开孔的建筑,其内部风荷载我国规范没有相应取值。为了进行开合屋盖结构设计和探讨屋盖顶部开孔对屋盖风荷载变化的影响,以1∶300的几何缩尺比制作了一个开合屋顶体育场的刚性模型,在B类地貌中对该体育场固定、活动屋盖的上、下表面进行了风洞测压试验,得到了屋盖上、下表面的体型系数、平均风压系数、脉动风压系数和极值风压系数。试验结果表明：活动屋盖的开启,可有效减小固定屋盖和活动屋盖的平均风荷载,引发整个结构承受向下的风荷载;活动屋盖开启将增大固定屋盖和活动屋盖的净脉动风荷载;活动屋盖开启将减小固定屋盖和活动屋盖的极小值风荷载,且固定屋盖上的最大极小值风压系数的位置往屋顶开口方向移动。     

大尺度平屋盖聚类最优风压分区研究

以大尺度平屋盖为研究对象,针对其风压分布变化梯度较大的问题和GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》关于大尺度平屋盖风压分区规定的不完善,围绕大尺度平屋盖风压分区问题,在得到各种风向下风压测点最不利极值风压的基础上,利用最短距离聚类法对风压测点分区,得到不同分区类数下的分区方案,用基于质量系数的聚类有效性评价法确定最佳聚类数及最佳分区方案,并采用面积权重法给出大尺度平屋盖分区风压系数。研究结果表明：大尺度平屋盖聚类最优风压分区类数为3;大尺度平屋盖角部大致在10%屋盖跨度范围内,属于风敏感部位,设计、施工时需特别注意;整个屋面平均风压系数会导致大尺度平屋盖中部偏于保守设计,角部低估了风荷载;在进行大尺度平屋盖抗风设计时,应先确定极值风压分区,并针对不同部位分别进行设计和施工。通过与规范平屋盖分区方式、常用分区方式确定的分区风压系数对比显示,聚类最优风压分区较其他方式确定的分压风压系数结果更为合理。     

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。     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。     

复杂双塔对大跨中庭屋盖风荷载影响的试验研究

采用风洞试验方法,对一体型复杂的双塔-中庭连体高层建筑中的大跨中庭屋盖的风荷载进行了研究,获得了正向风作用时两侧屋面的平均与极值风压等值线图、体型系数随高度变化曲线,以及最不利斜向风作用下的风压分布图,并与荷载规范中仅考虑单体建筑受正向风作用时的取值进行了比较.结果显示,双塔的相互错位及一侧弧面设计,使得屋盖在特定斜向风作用下的平均与极值风压比正向风时更为不利,其中斜风时的平均和极值正风压峰值达到正向风时的近1.5倍,而负风压峰值则分别达到后者的约2～2.5倍和3～4倍;考虑不利风向时,屋盖除屋脊附近以外的各区域正体型系数及全区域负体型系数绝对值均明显大于规范值,而屋盖中下部位的极值正风压及大部分区域的极值负风压值普遍超出规范值1倍以上.这表明此类屋盖的风荷载若直接按规范取值可能使结构设计趋于不安全.     

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。     

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。     

环状大悬臂挑篷风载特性与风场绕流分析

基于FLUENT软件并引入k-ε湍流模型,对环状大悬臂挑篷屋盖风载和风场进行模拟分析。数值计算分析风向角、屋盖倾角、看台后部通风率、挑篷开洞、有无后挑等参数对挑篷屋盖风压分布的影响;针对屋盖周围气流的绕流特性,分析设置屋盖竖向气动导流板和在挑篷外环边缘附近开洞对降低屋盖负风压的作用。研究结果表明：无论风向角如何变化,水平挑篷屋盖上风压均以吸力为主,较高的吸力分布在迎风的前缘位置;屋盖倾角宜设在 0°~15°范围,过大或过小均不利于结构抗风;增大结构迎风面的通风率有利于减小水平屋盖的平均风压;屋盖是否后挑对水平屋盖上表面的风压影响较小;增设屋盖竖向导流板可减低水平屋盖前缘局部极值风压;在环状挑篷外环边缘附近开洞可较明显减小屋盖风压。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

凉都体育中心体育馆屋盖CFD数值分析

采用计算流体力学软件Fluent得到凉都体育中心体育馆屋盖的风压力分布,进而得出体育馆屋盖的风压系数分布.对建筑间风遮挡效应进行了讨论,两体量相近的建筑物相邻时,下游建筑受到的风荷载往往更为不利.屋盖在风荷载作用下受向上的风吸力,屋盖不同位置的风压系数都不相同,且分布规律复杂,为简化设计计算过程,建议凉都体育馆屋盖体型系数可取为-0.9.     

斜风向下低矮房屋屋盖风荷载特性试验研究

基于一个低矮房屋刚性模型风洞试验,研究了湍流场中低矮房屋屋盖角部未开孔和开孔时屋盖上的风荷载分布特性。研究结果表明:在斜风向作用下,屋盖迎风角部风荷载表现出复杂的三维特性,屋盖迎风角部也是较大风吸力作用的区域;湍流场中锥形涡之间在屋盖区域没有相互作用;采用二次曲线对涡核位置和再附位置进行拟合,拟合结果较好;屋盖内表面风荷载平均效应趋于均匀,脉动风压效应在时域和频域上表现出很高的相关性,并表现出明显的Helmholtz共振现象。     

平屋盖平均风荷载特性分析

首先,结合平屋盖的刚性模型风洞动态测压试验,探讨了风向角、高跨比等因素对其风压分布的影响;其次,对比各国荷载规范中对平屋盖风载体型系数取值的规定;最后,结合风洞试验结果,给出了建筑单体情况下平屋盖的风载体型系数取值建议。     

不同风场下大跨平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性研究

通过平屋盖刚性模型风洞测压试验,对均匀流场和湍流场作用下平屋盖表面锥形涡诱导的风压特性进行研究。①对比不同流场下平屋盖表面锥形涡诱导的平均、脉动风压分布和脉动风压谱,发现均匀流场中的平均风吸力强劲,而湍流场中的风压低频脉动能量突出;②分析不同流场下的风压概率密度曲线,指出湍流场作用下,再附区风压概率密度曲线表现出双峰分布;且旋涡再附效应显著,这将对屋面产生巨大的破坏力矩;③分别利用点涡、兰金涡和基于兰金涡简化的Cook公式对锥形涡作用下的风压剖面进行拟合,结果表明兰金涡模型和Cook公式均适用于预测旋涡作用下的风压剖面,点涡模型则低估了实际风吸力;④在湍流场中对比了不同风向引起的风压分布,发现当来流沿屋盖对角线时,两侧旋涡强度相当,旋涡再附运动强劲,当来流偏离屋盖对角线时,在屋面靠近来流的一侧,横风向脉动加速了旋涡的旋转,增加了旋涡诱导的平均吸力;在远离来流的一侧,屋面平均、脉动吸力均减小。     

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.     

平屋面双坡板式光伏阵列风荷载特性

为了量化屋面光伏面板系统的设计风荷载,制作了缩尺比为1:25的平屋面光伏面板阵列模型,进行了刚性模型测压风洞试验。研究了风向、阵列间距、面板安装倾角对面板阵列风荷载特性的影响,结果表明斜风向是不同工况面板风荷载的控制性风向;不同阵列间距面板风荷载分布规律基本相同,中间行面板最不利极值风压力与阵列间距呈负相关;屋面前缘面板的最不利极值风吸力随倾角非线性变化,幅度在15%以内,而屋面中间行面板所受到的极值风吸力随着面板安装倾角的增大而减小。最后,基于基本工况给出面板单元在不同的影响因素下的最不利风荷载系数设计值拟合公式,可用于指导光伏面板阵列的抗风设计。     

南阳卧龙站站房大跨度屋盖风洞试验

采用同步测压风洞试验技术,对作用于南阳卧龙站站房屋盖的风荷载进行了研究,讨论了平均风风荷载、脉动风荷载的分布特征况。风压分布云图表明,虽然屋盖风压以风吸力为主,但在屋盖台阶处的局部区域存在风压力。根据风压分布特征,对屋盖进行分区,得到了各个区域的风压系数,分析了各个区域风压系数随风向角的变化规律,为该类大跨度屋盖抗风设计提供参考。     

《屋盖围护结构风荷载标准》的制订依据及相关规定

为配合新编行业标准JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的推广、应用,对屋盖围护结构风荷载的制订依据及相关规定进行了介绍。在对比国内外规范风荷载条文规定的基础上,以围护结构风荷载全风向最小值和最大值作为确定其标准值的依据,引入围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值;根据风压系数时程样本的不同数量规定了风压系数极值的估计方法,对比了各国规范中封闭式低矮双坡屋盖的风压系数极值。新编标准以风荷载理论为依据制订了屋盖围护结构风荷载条文,完善和发展了我国标准的相关规定,提供了相对简单、合理的风压系数极值计算方法。