低矮開洞建筑風(fēng)致內(nèi)壓試驗(yàn)研究

樊友川,顧 明,全 涌

(同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

由于建筑物門窗破壞等原因?qū)е麻_洞,外部氣流沿開洞傳播,風(fēng)致內(nèi)壓急劇增大,使得內(nèi)外風(fēng)壓共同作用成為導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌的重要原因。通過一系列不同條件下的單個(gè)常開洞低矮建筑剛性模型風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn),分析了內(nèi)壓的脈動(dòng)特性以及脈動(dòng)來源,同時(shí)利用穩(wěn)態(tài)理論與非定常理論預(yù)測(cè)內(nèi)壓系數(shù),并與試驗(yàn)值進(jìn)行比較。風(fēng)洞試驗(yàn)原型為單跨雙坡低矮建筑,縱向長(zhǎng)度為90 m,跨度為45 m,高跨比為0.8,屋面坡角均為3°。模型幾何縮尺比為1∶100。模型均在一側(cè)縱墻開洞。模型示意圖見圖1。

圖1 風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D

由圖2可知,低頻段即小于5 Hz時(shí)內(nèi)壓脈動(dòng)主要來自來流紊流作用;中頻段即5～50 Hz區(qū)間內(nèi)內(nèi)壓脈動(dòng)主要源于旋渦脫落、尾流干擾等;高頻段即50 Hz以上內(nèi)壓脈動(dòng)主要是赫姆霍茲共振導(dǎo)致。

圖2 內(nèi)壓系數(shù)與開洞墻面外壓系數(shù)的自功率譜

圖3 內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)試驗(yàn)值與穩(wěn)態(tài)理論預(yù)測(cè)值

圖3為內(nèi)壓系數(shù)穩(wěn)態(tài)理論計(jì)算值與試驗(yàn)值。由圖可知,穩(wěn)態(tài)理論運(yùn)用于平均內(nèi)壓的估計(jì)可以得到較為精確的結(jié)果。但是模型的內(nèi)壓脈動(dòng)估計(jì)值普遍偏大,所以采用穩(wěn)態(tài)理論計(jì)算內(nèi)壓脈動(dòng)值通常不準(zhǔn)確,實(shí)際設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)態(tài)理論計(jì)算內(nèi)壓峰值會(huì)取得偏安全的結(jié)果。

圖5 內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)試驗(yàn)值與非定常理論預(yù)測(cè)值

圖4 內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程模擬值與試驗(yàn)值

非定常響應(yīng)方程預(yù)測(cè)內(nèi)壓脈動(dòng)時(shí)程可以得到良好的結(jié)果,如圖4、5所示,非定常方法預(yù)測(cè)的內(nèi)壓時(shí)程與試驗(yàn)內(nèi)壓時(shí)程非常相似,當(dāng)洞口摩擦損失系數(shù)取為45時(shí),模擬效果較好。