矩形建筑双幕墙结构风压脉动的非高斯性及峰值因子

借助刚性模型风洞动态同步测压试验,对矩形建筑双幕墙的内幕墙和外幕墙的脉动风压的非高斯统计特性进行了研究.根据测点风压时程及其概率密度分布,并基于测点风压的第三、四阶矩统计量对风压的非高斯特性进行描述,结合峰值因子的取值,给出划分高斯和非高斯区域的标准,在此基础上对矩形建筑双幕墙的内幕墙和外幕墙进行了分区.分析表明:矩形建筑双幕墙的风压脉动为非高斯性的区域主要为内幕墙的拐角分离流区域,而外幕墙由于内外压平衡的原因,其拐角区域的风压脉动特征则基本符合高斯性,在幕墙结构设计时,应提高非高斯区域的风压峰值因子的取值.     

切角措施对方柱风压非高斯特性的影响机理

为解释切角措施影响方柱风压非高斯特性的作用机理,以标准方柱和切角方柱为研究对象,在雷诺数Re=2.2×10~4条件下,采用大涡模拟方法研究了两种方柱的风压特性随风向角的变化规律,重点分析了角部措施对方柱表面风压非高斯特性的影响,并基于瞬时流场结构探讨了角部措施对方柱极值风压的影响规律及其流场作用机理。研究表明:方柱表面风压非高斯分布区域主要集中在方柱侧面后角部位和方柱背风面,而方柱侧面的剪切层再附区域(即分离泡区域)没有明显的风压非高斯现象,切角处理可明显减小方柱后角部位和背风面的风压非高斯区域;方柱表面极值风压的流场机理可分为两类,即方柱侧面后角部位的角部附着涡机理和方柱背风面的卡门涡机理;与标准方柱相比,切角措施使方柱的分离剪切层更贴近于方柱壁面、方柱尾流的卡门涡强度减弱、方柱角部附着涡的强度减弱甚至消失,从而引起极值风压减小和风压非高斯特性的减弱。     

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.     

两串列方形高层建筑局部风压干扰特性分析

对2个完全相同的串列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验。根据试验结果,分析了施扰模型相对位置和高度变化对受扰模型局部风压的影响。结果显示,高度比固定,迎风面平均风压在间距比小于3时为负压。大于3时为正压,侧风和背风面平均负风压及各个面脉动风压均在间距比等于3时取得最大值。高度比变化,间距比小于3时,迎风面平均负风压随高度比的增大而增大,侧风和背风面则均在等高时取得最小值,和平均风压不同,迎风、侧风面脉动风压均在等高时取得最大值,背风面在等高时取得最小值;当间距比大于3时,平均风压在各个面上均随高度比的增大而减小,脉动风压在迎风和侧风面随高度比的增大而增大,背风面则在等高时取得最小值。     

超高层建筑脉动风压的非高斯特性

对带切角的菱形超高层建筑进行风洞试验,将试验得到的风压时程数据进行时域、幅域信息分析,研究该类体形超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.基于在各风向角下风压系数的3阶、4阶矩统计量,对高层建筑各立面风压进行高斯与非高斯分布的分区,发现侧面的前缘气流分离区、背风面以及迎风面切角区域的脉动风压存在显著的非高斯特性.对高斯区和非高斯区设计风压系数的峰值因子取值问题和估算方法进行讨论,发现在实际应用中对非高斯区的峰值因子取值偏小.     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

高层建筑顺风向风振动力反应时程分析

采用了谐波叠加法模拟作用在结构上的顺风向脉动风压,同时为了能反映作用在迎风面不同点上脉动风压的相关特性,首先生成脉动风速互谱密度矩阵,然后采用三角分解法进行分解,再以此生成脉动风压作为输入脉动风荷载,采用Newmark方法计算结构的动力反应时程.对两栋高层建筑的风振反应时程计算结果表明,本方法得到的结构动力反应均方根值与建筑结构荷载规范中采用的谱分析结果有较好的吻合性;风振反应以共振反应为主,非共振反应值占次要的部分.这与谱分析法得出的结论也是一致的,说明了利用谐波叠加法模拟脉动风压时程的准确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的.     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明:在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

高层建筑风压脉动对室内热舒适性的影响

本文根据相关文献给出的高层建筑风压脉动随时间、风向等的变化而出现的规划与不规划的变化规律,以及高层建筑绕流空气动力特性,分析了高层建筑表面风压随来流、风向和时间发生较大变化的区域和特征,指出了高层建筑物的自然通风或渗透风量处于不稳定状态,在一定周期内会有较大波动,室内空气温度、湿度和湍流度等难以控制,直接影响到室内热舒适性,同时给出了克服高层建筑风压脉动所造成的室内空气环境参数波动的技术措施和方法。     

矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的数值,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于用统计方法算得的结果。     

新型抗风耗能装置在低矮房屋中布置方式的风洞试验研究

针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题,提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式,使耗能装置效用最大化,针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况,通过风洞试验,研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响,并对6种工况进行数值模拟分析,数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究,探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏;在迎风侧屋檐上部,结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响,这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面）,降低幅度可达40%。     

Characteristics of wind pressure pulse on large-span flat roofs

The wind pressure pulse events, among the most important characteristics of wind pressure fluctuations on large-span flat roofs, were investigated by wind tunnel tests in this paper. Incorporating the formation mechanism of wind pressure pulse events, the peak over threshold method was employed to study properties of this kind of events. The event duration time, the energy contribution, the number of the pulse events, and the distribution of average peak pressure were calculated. Probability density functions of some typical samples in separation region were also given. Results show that the non-Gaussian roof pressure is strong in the flow separation region owing to the wind pressure pulse events. Evaluations of the extreme peak pressures, which can be determined by the peak over threshold method effectively, are important to the design of building cladding.     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.