幕墻開(kāi)孔的屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)及風(fēng)效應(yīng)研究.pdf

1、由于使用功能和風(fēng)致破壞的原因，大跨建筑結(jié)構(gòu)的幕墻經(jīng)常會(huì)存在不同程度的開(kāi)孔，如體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)航站樓、居民和工業(yè)廠房的門窗洞口等。幕墻開(kāi)孔后，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載特性將明顯不同于完全封閉建筑，已有的關(guān)于結(jié)構(gòu)開(kāi)孔的風(fēng)荷載效應(yīng)研究，主要針對(duì)幕墻單面開(kāi)孔或者背風(fēng)面同時(shí)存在孔隙的情況。然而實(shí)際工程中，多面幕墻同時(shí)存在孔洞的情況比比皆是，此時(shí)必須考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣流的流通，從而使得實(shí)測(cè)或者試驗(yàn)以及理論分析都更加復(fù)雜。本文采用風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)多幕墻

2、開(kāi)洞的屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載、風(fēng)致內(nèi)壓、極值風(fēng)荷載特性以及風(fēng)致響應(yīng)等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)系統(tǒng)的研究了多幕墻開(kāi)孔時(shí)屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)致內(nèi)壓。首先，研究了幕墻開(kāi)孔時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)壓系數(shù)的相關(guān)性，確定了建筑內(nèi)部風(fēng)壓采用統(tǒng)一值的方法;探討了風(fēng)向角、建筑內(nèi)部容積、幕墻開(kāi)孔面積、開(kāi)孔位置及屋蓋矢跨比等參數(shù)對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)壓的影響。其次，通過(guò)分析脈動(dòng)內(nèi)壓功率譜與內(nèi)壓均方根值的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，開(kāi)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)壓譜不僅包含了大氣湍流的成分

3、，還包含了由于孔口特性引起的特征湍流的成分，內(nèi)壓均方根值與脈動(dòng)內(nèi)壓頻譜的共振峰值及低頻段、過(guò)渡段所蘊(yùn)含的能量呈正相關(guān)，尤其當(dāng)多處開(kāi)孔時(shí)各孔口風(fēng)壓的相關(guān)性也成為影響內(nèi)壓脈動(dòng)的重要因素。然后，將結(jié)構(gòu)內(nèi)部的局部體型系數(shù)與我國(guó)規(guī)范規(guī)定值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，僅單面幕墻開(kāi)孔時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的局部體型系數(shù)在大多數(shù)風(fēng)向角均在很大程度上超出規(guī)范值范圍，當(dāng)多面幕墻開(kāi)孔時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的局部體型系數(shù)是滿足規(guī)范要求的。最后，研究了流動(dòng)指數(shù)，無(wú)論側(cè)風(fēng)面有無(wú)開(kāi)孔，只要迎風(fēng)面面積

4、與背風(fēng)面面積的比值大于等于3，流動(dòng)指數(shù)的值與以往學(xué)者的研究結(jié)果相符，當(dāng)背風(fēng)面的面積大于迎風(fēng)面面積時(shí)，給出了流動(dòng)指數(shù)的建議值。
　　(2)系統(tǒng)的研究了凈風(fēng)荷載和極值風(fēng)壓特性。首先，研究了幕墻開(kāi)孔的屋面結(jié)構(gòu)的凈風(fēng)荷載分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓的分布規(guī)律相似。然而對(duì)于矢跨比較大(S/B≥0.10)的柱面屋蓋，當(dāng)來(lái)流正吹屋蓋角部時(shí)，屋蓋表面的風(fēng)壓分布沒(méi)有表現(xiàn)出錐形渦特性。其次，分析了屋蓋凈升力系數(shù)和凈體型系數(shù)。屋蓋上的凈升力系數(shù)均為

5、負(fù)值，且隨著矢跨比和開(kāi)孔組合的變化而變化。幕墻開(kāi)孔的屋蓋表面凈局部體型系數(shù)與規(guī)范值相比，大多數(shù)工況的值均超出規(guī)范限值。最后，運(yùn)用廣義極值理論對(duì)屋蓋表面的極值凈風(fēng)壓進(jìn)行估計(jì)，極值風(fēng)壓的分布規(guī)律隨著矢跨比和開(kāi)孔組合的不同變化較大。通過(guò)估計(jì)的極值反算出屋蓋各測(cè)點(diǎn)的峰值因子，結(jié)果表明:不同部位的峰值因子差異較大，而且很多區(qū)域的峰值因子值超出通常的取值范圍，建議不要使用統(tǒng)一的峰值因子計(jì)算屋蓋表面的風(fēng)荷載。
　　(3)對(duì)幕墻開(kāi)孔的屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)