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。     

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.     

一大跨度悬挑雨篷的风荷载及开洞比较

对一座将建于强风区的悬挑屋盖(雨篷)结构模型进行了风洞试验,研究了大跨度悬挑屋盖上的风荷载特性。不同工况下屋盖表面的风压分布特性表明,周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的干扰影响。还研究了在顶部开洞情况下屋盖表面的风压分布特性,结果表明开洞后屋盖上的风压有一定程度的降低。     

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。     

“天使之翼”体育场风压特性试验

通过对梅州体育场进行测压试验,得到平均风压系数、脉动风压系数,对其风压特性做了详细分析。结果表明:控制体育场屋面的风压主要为负压,屋盖凸起处气流分离较大,导致其负压较大;当来流由低屋面进入高屋面时,在高屋面区域产生“上吸下顶”的受荷情况,负压增大;通过对屋盖测点风压时程第三、第四阶矩的统计分析发现,非高斯性测点主要分布在屋盖气流分离区和受尾流旋涡影响的区域;高斯分布和三参数伽马分布能较好地描述体育场表面风压概率特性;Sadek-Simiu法考虑了脉动风压非高斯特性,能准确地估计非高斯风压的极值。     

某对称超大跨度火车站屋盖风洞试验研究

通过贵安火车站的风洞试验,对试验数据进行了处理,依据风压系数、体型系数和风振系数等对该类大跨屋盖结构风荷载作用规律进行了分析。结果表明:任意风向角下屋盖顶面各区域基本承受负压,底面有较大正压区;来流方向靠近分离点的屋面前缘及屋盖顶面拐点处压力系数绝对值较大;各区域风振系数变化均匀,竖向位移风振系数具有较好的连续性。     

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。     

雄安站大跨结构风洞试验与风致响应研究

雄安站屋盖体型独特,属于风荷载敏感结构,抗风设计非常重要.为明确风荷载取值,对雄安站进行了刚性模型风洞试验.在风洞试验的基础上,着重分析了屋盖悬挑部分风荷载的分布情况.结果表明,屋盖悬挑上表面在剧烈流动分离的影响下风荷载体型系数可达到-2.3;雨棚局部镂空区域对风荷载的影响较小.基于风洞试验得到的风压时程,对屋盖结构进行了风致响应计算,并给出高架候车厅屋盖及雨棚各结构单元不利风向角.最后,采用有限元软件Fluent对过站列车风进行数值模拟分析,得到列车风风压的空间分布形态.列车过站时,结构上的列车风压力峰值随车体与结构距离增大迅速衰减,在列车以350km/h速度运行通过时,高架候车层可满足舒适性要求.     

大跨度屋盖结构站房风洞试验研究

以某大跨度屋盖结构火车站风洞实验研究为例,分析大跨度三跨双坡曲面屋盖的风荷载特性,并利用刚性模型风洞试验得到的脉动压力数据进行风致振动分析,试验结果表明:在屋面边缘及屋脊附近的上吸风荷载绝对值要比屋面内部区域值大,屋面波谷区域风荷载值在-0.5~-1.0 kN/m~2范围内,悬挑位置及屋脊上吸风荷载值最大可达-5.0 kN/m~2;脉动风压系数一般在迎风屋檐附近比较大,可达0.6。研究同时表明大跨屋盖的风荷载取值受建筑外形、周边干扰、结构特性、风向等因素影响明显,需要进行全面深入的分析研究。     

大跨度悬挑曲面屋盖结构风洞试验研究

大跨度悬挑曲面屋盖结构属于风荷载敏感结构,又因其造型独特,风荷载特性复杂,故其抗风设计尤为重要。通过对青岛西站铁路站房进行1/200缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验,系统分析了大跨度悬挑曲面屋盖在不同风向角下的平均压力系数分布规律及50年重现期极值压力统计值分布规律,并基于此数据分析屋盖体型变化对风压分布的影响。结果表明:屋盖整体呈现负压力;屋盖风压分布受风向角、屋盖体型的影响明显,在不同风向角下,屋盖体型对风压分布的影响程度不同;屋盖的挑檐、边角及屋脊处的平均压力系数绝对值要比其他区域大;站房表面极值压力绝对值最大值达4.4kN/m²,主要分布于站房的挑檐部分,因此在设计时需着重考虑挑檐的抗风设计。     

复杂体型大跨屋盖结构的风荷载分布

以某航站楼为例,结合平屋面分析复杂体型的屋面对风压分布的影响;结合规范值探讨幕墙外表面的附着物和周围建筑对其体型系数的影响。得出的主要结论:屋面受风最不利的位置在由柱状涡或锥形涡控制的迎风区域;屋面形状对风压影响很大,凸出部分负风压较大,凹进部分负风压很小;悬挑屋面在迎风时产生“上吸下顶”的叠加作用,其他风向为“上吸下吸”的抵消作用;幕墙外表面的附着物和周围U形排列的房屋都会增加幕墙的正风压。     

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。     

Wind tunnel study on the influence of different parapets on the roof pressure distribution of low-rise buildings

High suction loads appear on roofs of low-height buildings. The use of parapets with appropriate height at the roof edges alleviates these loads. The performance of six parapet configurations to decrease the suction loads induced on roofs by oblique winds has been studied in a low speed wind tunnel. The studied parapet configurations include vertical wall parapets, either solid or porous, and cantilevered parapets formed by a small horizontal roof close to the building roof. Low-height parapets with a medium porosity and cantilevered parapets are more efficient than solid parapets to reduce the wind suctions generated on the roofs by conical vortices.     

波纹状悬挑大跨屋盖的风荷载特性

采用同步测压风洞试验技术,对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究,重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明,波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制,但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数,相对于光滑表面悬挑屋盖,最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%,脉动弯矩系数增加20%,但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大,特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值,波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时,不考虑波纹形状的影响是不安全的。     

复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟

基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。     

平面T形低矮房屋风荷载特性风洞试验与数值分析

对复杂体型的平面T形低矮双坡屋面房屋的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到了屋面风压系数以及各屋面体型系数的变化规律;采用计算流体力学软件FLUENT建立了数值风洞模型,在数值分析结果与风洞试验结果吻合良好的基础上,对影响屋面平均风压系数及体型系数的风攻角、屋面坡角、檐口高度、房屋几何尺寸和屋面形式等参数进行了详细分析。结果表明:屋面坡角和风攻角对屋面风压系数的影响显著;在不同风攻角作用下,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;四坡屋面坡角为30°时屋脊背风区域易形成较大负压,局部更易遭受破坏。     

Experimental study of wind loads on gable roofs of low-rise buildings with overhangs

Gable roofs with overhangs (eaves) are the common constructions of low-rise buildings on the southeastern coast of China, and they were vulnerable to typhoons from experience. The wind pressure distributions on gable roofs of low-rise buildings are investigated by a series of wind tunnel tests which consist of 99 test cases with various roof pitches, height-depth ratios and width-depth ratios. The block pressure coefficients and worst negative (block) pressure coefficients on different roof regions of low-rise buildings are proposed for the main structure and building envelope, respectively. The effects of roof pitch, height-depth ratio, and width-depth ratio on the pressure coefficients of each region are analyzed in detail. In addition, the pressure coefficients on the roofs for the main structure and building envelope are fitted according to roof pitch, height-depth ratio and width-depth ratio of the low-rise building. Meanwhile, the rationality of the fitting formulas is verified by comparing the fitting results with the codes of different countries. Lastly, the block pressure coefficients and worst negative pressure coefficients are recommended to guide the design of low-rise buildings in typhoon area and act as references for the future’s modification of wind load codes.