建筑工程风洞试验结果应用及分析(二)

科技   科学   2023-07-27 11:07   湖北  

建筑工程风洞试验结果应用及分析主要包括:一、为何要做风洞试验二、风洞试验如何做;三、风洞试验结果如何看;四、风洞试验结果应用  五、风洞试验结果数据梳理及应用系列。

三、风洞试验结果如何看

报告中给出的平均压力系数等于体型系数与高度变化系数的乘积(无量纲);极值风压相当于体型系数、高度变化系数、阵风系数和基本风压的乘积(单位: kN/m2)。

在进行整体结构设计时,可参考不同风向下的平均压力系数分布图,选择若干不利风向,取定平均压力系数再乘上风振系数和基本风压,得出风荷载标准值进行结构设计

在进行围护结构设计时,可参考重现期极值压力分布图进行取值注意极值压力应考虑封闭结构的内压值。

若需以 100 年重现期进行围护结构设计,应将报告中的极值风压乘以调整系数(即乘以100年重现期与50年重现期基本风压的比值)。

目前常用的风振系数有荷载风振系数和位移风振系数,荷载风振系数在整个屋盖各节点数值差异较大 ,实际工程设计中应用起来不方便,建议采用位移风振系数计算等效静力风荷载

四、风洞试验结果应用

 中国的《建筑结构荷载规范》中规定当计算主要承重结构时,风荷载标准值应按下式计算:  ,其中:wk风荷载标准值(kN/m2),βz高度z处的风振系数:μs风荷载体型系数风压高度变化系数,w0基本风压(kN/m2)。

在计算围护结构的风荷载时,公式的其它部分不变,只是风振系数用阵风系数代替,而风荷载体型系数变为局部风压体型系数。设计时采用的基本风压根据《建筑结构荷载规范》取值。 

在进行围护结构设计时,若仅考虑脉动风造成的瞬时压力增大,而不考虑结构风振的影响,在极值风压基础上叠加一定的内部压力值后可认为该值等于风荷载标准值,进行围护结构设计。

 同时应注意重现期极值压力是否根据规范要求包含了封闭结构内压值的影响。

3.4.8结构设计时,根据风洞试验报告确定高层建筑或高耸结构主要受力结构的风荷载,应符合下列规定:
1无独立的对比试验结果时,由取定的风荷载得出的主轴方向基底弯矩不应低于现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定计算值的80%;
2有独立的对比试验结果时,应按两次试验结果中的较高值取用,且由取定的风荷载得出的主轴方向基底弯矩不应低于现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定计算值的70%。

3.4.9结构设计时,根据风洞试验报告确定围护结构的风荷载,应符合下列规定:
1无独立的对比试验结果时,风荷载取值不应低于现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定值的90%;
2有独立的对比试验结果时,应按两次试验结果中的较高值取用,且不应低于现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定值的80%。

五、风洞试验结果数据梳理及应用

1、广东省标准《建筑结构荷载规范》附录L  风洞试验技术指引

L.0.1  宜根据如下原则,根据不同工程设计需要选用适宜的风洞试验方法:

风洞试验方法

获得主要参数

主要用途及说明

地形模拟试验

l平均风速剖面

l湍流度剖面

用于地面粗糙度参数的确定

高频天平测力试验

l楼层等效风荷载标准值(包含顺风向、横风向和扭转风振)

l风致加速度

用于高层建筑主体结构抗风设计和建筑风致舒适度评估,考虑了群体建筑干扰效应

刚性模型测压试验

l围护结构风荷载标准值

l体型系数

用于建筑幕墙、门窗、屋面板等围护结构抗风设计

节段模型测压试验

l围护结构风荷载标准值

l体型系数

用于双层幕墙、遮阳构件、百叶系统等局部突出构件的详细风荷载研究

结构风振计算分析

l楼层等效风荷载标准值(包含顺风向、横风向和扭转风振)

l风致加速度

用于高层建筑主体结构抗风设计和建筑风致适度度评估,考虑了群体建筑干扰效应

l主体结构风荷载标准值

l风振系数

用于大跨度结构主体结构抗风设计

气弹模型试验

l结构气动阻尼

l结构风振响应

用于超高层建筑、高耸结构、大跨度柔性结构的结构方案验证

5.1.2周边环境模型应包括可能对试验结果产生显著影响的周边建筑或地形特征,半径范围 r 不应小于 Smax 或者 2h ;Smax 为以项目区域中心为圆心,最外围建筑与圆心的距离;h 为研究建筑区域或邻近区域内最高建筑的高度,当场地内较高建筑物数量较多时, h 可界定为这些较高建筑的平均高度。

5.1.4风洞试验模型包含整体模型和局部模型,整体模型几何缩尺比例宜选用 1:100-1:400,局部模型几何缩尺比例不宜小于 1:100。

5.1.8风洞试验模型为刚性模型,应具有足够的整体刚度以避免试验时出现较大振动,对于模型可能刚度不足的情况宜在保证外形不变的情况下采取增加模型壁厚、内部增加支撑、外部拉细钢丝或其他不影响气动特性和模型受力状态的辅助措施增加模型刚度。

5.1.11 风洞试验模型表面测点布置应能够反映风压分布规律,在压力变化较大的区域应加密测点,测点平均密度不少于实体表面积 120 ㎡一个测点,对于双面承受风压的区域应在两面的对应位置布置测点。


参考文献

《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)

《建筑工程风洞试验方法标准》(JGJ/T 338——2014)

ASCE实践手册67号“建筑结构风洞模型研究”

ASCE7-10第31章“风洞试验过程”。



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