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。     

工业厂房屋面脉动风荷载及干扰效应试验研究

随着工业厂房构件的轻型化,厂房屋面受脉动风荷载作用极易发生破坏。通过对某实际厂房刚性模型进行单体与典型干扰工况条件下的风洞测压试验,得到屋面的脉动风压。首先,分析不同工况时的屋盖纵横向端部与中部的测点脉动风压分布规律,对比无干扰工况与干扰工况条件下的屋盖表面脉动风压分布;其次,考察不同干扰距离受扰厂房与无干扰厂房屋盖表面典型测点的功率谱;最后研究屋盖整体升力系数的脉动值、极小值与极大值。结果表明,风向角与干扰距离极大地影响风压脉动值。角部测点与中部测点脉动风压在45°风向角时最大;而纵墙边沿测点的脉动风压系数在90°风向附近最大。干扰距离越小,对脉动值影响越大。处于屋盖表面不同区域的测点功率谱表现出不同形态,干扰对不同位置测点的作用效应不同,对不同频段的能量影响也不同。干扰工况对升力系数最大脉动值与最不利极小值表现为遮挡效应,而对最不利极大值起放大效应。给出不同干扰工况时的屋盖升力系数的脉动值与极值干扰因子,以供工程实际设计参考。     

群体高层建筑的峰值风压分布特征

基于同步测压技术,研究了不同宽度比和不同高度比（记为Br和Hr,分别表示施扰和受扰建筑的宽度与高度之比）的2个高层建筑在串列、斜列和并列布置时峰值风压干扰效应。结果表明：邻近施扰建筑的侧面峰值风压主要呈现放大效应,且宽度比越大（Br≤1时）,高度比越大,放大效应越明显,立面最高负风压系数绝对值可升高30%。迎风面放大效应区则主要集中在施扰建筑位于横风向间距为3b(b为受扰建筑的迎风宽度)的迎风区域内,立面最高正风压系数可升高40%。当串列间距较小且高度比小于1（Hr=0.8）时产生的三维绕流现象可使得受扰建筑侧面局部风压升高61%,迎风面边缘局部风压升高24%。并列布置时产生的峡谷效应引起足够的重视,试验测得最大干扰因子可达2.13且随并列间距的增大而减少,当并列间距超过9b时峡谷效应才渐趋消失。由试验结果回归得到的并列布置时的侧立面最大峰值风压干扰因子随并列间距变化的关系式具有较高可信度。     

主塔干扰下的塔楼屋盖表面平均风压数值模拟

为考察有塔柱干扰时,下塔楼屋盖结构的风压系数,以某工程为背景基于Fluent6.3软件分析了不同风向角下结构表面的平均风压,并讨论了屋盖不同区格的风致干扰效应系数及其随风向角的变化规律。结果表明,当来流位于塔柱之间时,由于狭管效应会使得来流加速,从而导致结构表面风压增大,相比无干扰模型最不利风工况下竖向整体风压系数增大约52%。同时受主塔结构干扰,屋盖不同区格风致干扰效应系数分布不均,在屋面板设计时应引起重视。     

大跨度曲面木屋盖风荷载特性的风洞试验研究

大跨度曲面屋盖风荷载特性复杂,大规模木屋盖工程在实际工程应用中相对少见。通过对海口市民游客中心这个大跨度曲面木屋盖工程的风洞试验研究,系统地分析了在不同风向角下曲面木屋盖风荷载的平均压力系数分布规律、等效静风荷载分布规律和整体风荷载效应的分布规律。试验研究结果表明:屋面整体风荷载效应主要表现为上吸作用;屋盖内外表面的平均风压系数主要受风向角和测点位置的影响,表现出复杂的波动性规律,部分重要测点处存在多个平均风压系数极值和主风向角工况。在整体设计计算过程中,除了需要考虑最大上吸工况外,也要考虑下压风工况的不利作用;在局部设计计算中,应重点考虑出现极值的重点区域和特异点。     

单个周边建筑对工业厂房屋面平均风压的气动干扰效应

工业厂房通常处于工业厂区内,受周边建筑的干扰,其表面风压分布与单个独立厂房不同,相邻建筑会对风荷载产生影响。基于单个厂房与两个串列厂房刚性模型风洞试验,给出了不同工况下屋面的平均风压,分析了屋盖横向、纵向端部与中部测点的平均风压分布规律,对比了不同串列距离条件下受扰厂房与独立厂房屋盖表面平均风压分布,探讨了平均风压系数干扰因子随风向角及干扰距离的变化规律。试验结果表明：不同风向角时,干扰效应截然不同;干扰效应存在临界风向角。临界风向角一般保持在 30°~50°范围内,小于临界风向角时,干扰起放大效应;大于临界风向角时,干扰为遮挡效应。此外,运用最小二乘法拟合了干扰因子设计值实用计算式,为受扰厂房建筑屋盖表面风压的修正提供依据。     

屋盖倾角对悬挑曲面屋盖风压特性的影响

以体育馆的悬挑曲面屋盖为研究对象,基于风洞试验测试了三种不同倾角屋盖的风压特性,对比分析了屋盖倾角对风压分布及平均、极小风压系数的影响。结果表明:屋盖倾角变化对其平均和极小风压系数的影响显著,尤其是受锥形涡或分离、再附流影响的屋盖局部区域,但风压变化规律受测点的相对位置、屋盖跨度、初始倾角等影响;三种不同倾角屋盖的最不利风压系数极值均位于屋盖角区前端,屋盖倾角渐次增大后的模型M2、M3,其最不利平均风压系数极值较模型M1分别增大7.1%、13.8%,最不利负风压系数极值较模型M1分别增大15.0%、11.0%;受锥形涡分离再附主导影响的屋盖角区,随屋盖倾角增大,其迎风边缘与再附区的风压系数整体上变化趋势一致,即最不利平均风压系数逐渐增大,最不利负风压系数先增大而后少许减小;受分离流或再附流主导影响的其他屋盖区域,其最不利平均、负风压系数随屋盖倾角变化的规律性较差,需分区单独分析。     

高层建筑水平悬挑遮阳板风荷载的风洞试验研究

高层建筑悬挑遮阳板等小尺寸构件直接承受风荷载作用,在强风作用下的安全性备受关注。相对于建筑的整体尺寸,悬挑遮阳板很小,难以在缩尺模型上直接模拟,因此在实际工程的风洞试验研究中常常被简化或者忽略。研究中利用3D打印技术制作了精细化的有悬挑遮阳板的高层建筑风洞试验模型,并在打印遮阳板模型时直接预留测压管道,分析了水平悬挑遮阳板的风压分布规律及遮阳板对建筑立面风压的影响,并对基于建筑立面风压的悬挑遮阳板风压估计方法的估算误差进行了评估。研究结果表明：高层建筑水平悬挑遮阳板的最不利净风压的最大值出现在顶层遮阳板处;水平悬挑遮阳板的存在能较大程度地削弱建筑立面上的最不利负风压;悬挑遮阳板最不利风压可利用其上下两侧附近建筑立面测点的风压差近似估计,但对于建筑立面边缘附近的悬挑遮阳板端部以及建筑底部附近的最底层悬挑遮阳板上的最不利风压,这种方法的估算误差较大。     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究

基于一栋立面上有多个开洞的矩形截面超高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,分析了矩形截面超高层建筑在长边立面上不同开洞工况下建筑各表面平均风压系数和最不利风压系数的变化规律。试验结果表明:当建筑长边迎风时,开洞使得背风面洞口附近的平均风压系数绝对值增大,但迎风面上的平均风压系数变化很小;当建筑短边迎风时,开洞对洞口附近的平均风压系数和最不利正风压系数均只有微弱影响,但对其最不利负风压系数却有很大影响,特别是中部开洞,将使其周围的最不利负风压系数增大一倍以上;开洞对短边立面上的最不利风压系数不产生明显的影响。为有结构开洞的高层建筑洞口附近的围护结构设计提供了参考数据。     

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。     

复杂体型高层建筑风压分布及干扰效应研究

本文以厦门市某复杂体型高层建筑为研究对象,通过风洞试验并结合CFD数值模拟的方法,研究该单体建筑在有无周边环境干扰下的风压分布特征.结果表明:无周边环境干扰时,迎风面平均风压为正值,其余各面为负值,迎、背风面的脉动风压系数值较侧面小;有干扰时,干扰建筑对该高层建筑的平均风压及脉动风压影响较大.单体建筑容易受到周边环境的...     

凹凸变化截面超高层建筑围护结构风荷载研究

基于一凹凸变化截面的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,对超高层双塔建筑立面上测点的最不利风压系数进行了研究,分析了复杂截面及邻近的姊妹塔楼对建筑立面上围护结构风荷载的影响,得到了一些有用的结论。     

考虑风场干扰的喇叭形悬挑钢结构设计风荷载

为获得喇叭形悬挑钢结构的设计风荷载值,考虑临近建筑的风场干扰效应进行了数值风洞模拟。文章通过建立完整的风环境模型,采用非线性k-ε-EARSM湍流模型开展了数值风洞模拟,研究了流场特征、风压系数和不同风向角下建筑表面的风压及风荷载合力的变化规律。研究表明:在最不利风向角的迎风面上,结构悬挑部位内表面的风压系数在2.0左右,且结构受到明显的竖向升力作用;在其他风向角下,受周边建筑风场干扰影响,结构内外表面风压大都呈现相互抵消趋势。计算结果为风压系数,结合相关规范,为设计提供参考意见。     

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。     

无锡蠡湖科技大厦表面风荷载研究

无锡蠡湖科技大厦刚性模型的风洞试验测量了模型表面的平均和脉动风压,给出了不同风向角下各测点的平均风压系数和体型系数。讨论了风场和风向角对平均风压系数和体型系数的影响,以及两个正方形截面塔楼的相互气动干扰影响特点,得到双塔高层建筑中各单塔楼的总体体型系数大于单体建筑的结论。     

矩形建筑结构静风荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。采用测压刚性模型风洞试验研究了两个高层建筑间的静力干扰效应,得到了两个相同的矩形截面建筑在不同相对位置和不同风向角下受扰建筑各表面的风压系数变化规律。所得的这些结果对结构的抗风设计有较为重要的指导意义。     

洞口设置对高层建筑静力风荷载的影响研究

本文对涉及两种开洞率、三种不同开洞位置和全封闭(无洞口)的八个高层建筑刚性模型的表面平均风压分布进行了风洞试验研究,并与计算流体动力学(CFD)大型商业软件Fluent6.0的计算结果进行了对比分析。结果表明,开洞建筑平均风压的减少主要是受荷面积减少引起的,但其减少的比率大于开洞率。此外,借助Fluent6.0对不同开洞率情况下的建筑模型进行了大量算例分析,得到了中部开洞建筑模型的平均风压系数相对值和基底弯矩系数相对值与开洞率之间的相关方程;探讨了底部开洞建筑模型洞内平均风速的增大效应与洞口大小、来流方向之间的关系。分析表明,在最不利来流风向角情况下,洞中最大平均风速可超过建筑模型顶部的远处来流风速,应引起建筑风环境设计者的关注。     

并列布置超高层建筑间的风压干扰效应

在边界层风洞中使用同步测压技术详细研究了双并列和三并列超高层建筑在不同间距下建筑各个立面风压的分布特征并用干扰因子IF(定义为建筑受扰后的风压值和相应单体情况的风压值之比)来描述施扰建筑的干扰影响。结果显示:双并列建筑相临立面的平均风压和峰值风压最大干扰因子(IFmax)具有高度的线性相关性,且IFmax随建筑间距而单调衰减。总的说来,两个施扰建筑的干扰效应高于单个施扰建筑的干扰效应,由回归分析得到的反映双并列和三并列建筑侧立面IFmax随并列间距比变化的经验关系式具有较高可信度。对于背风面,两个施扰建筑的干扰产生的放大效应明显大于单个施扰建筑,单个和两个施扰建筑可使受扰建筑背风面平均风压系数分别升高16%和36%、并使迎风面和背风面的总压差系数分别增加5%和13%。     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。