風(fēng)帆體型建筑表面風(fēng)壓的分布特征研究

沈國輝 錢濤 何國軍 王富林 黃建林

摘要：針對(duì)典型風(fēng)帆體型建筑的風(fēng)荷載采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，給出典型風(fēng)向下風(fēng)帆建筑的平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓的分布特征，探討該體型建筑產(chǎn)生此類分布的原因，并分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)帆體型建筑的最不利受風(fēng)區(qū)域.研究表明：風(fēng)帆容易形成“前壓后吸”的風(fēng)壓分布，對(duì)于迎風(fēng)面積大、厚度卻相對(duì)較小的風(fēng)帆建筑整體抗風(fēng)較為不利；脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)與平均風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律較為相似，背風(fēng)區(qū)的風(fēng)壓脈動(dòng)小于側(cè)風(fēng)區(qū)；當(dāng)風(fēng)帆建筑鋒利邊緣處于側(cè)迎風(fēng)時(shí)，來流風(fēng)會(huì)在鋒利邊緣發(fā)生顯著的氣動(dòng)分離，使得該區(qū)域出現(xiàn)極大的負(fù)壓.

關(guān)鍵詞：風(fēng)壓；風(fēng)帆建筑；風(fēng)洞；極值風(fēng)壓；兜風(fēng)效應(yīng)

中圖分類號(hào)：TU312.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)形式日益新穎，風(fēng)帆類建筑也隨之不斷出現(xiàn)，例如世界聞名的迪拜帆船酒店和悉尼歌劇院.此類風(fēng)帆建筑有著外凸內(nèi)凹的特點(diǎn)，其風(fēng)荷載分布規(guī)律與常規(guī)體型屋蓋結(jié)構(gòu)[1-4]

3典型風(fēng)向下風(fēng)帆建筑的脈動(dòng)風(fēng)壓

風(fēng)帆建筑的極值負(fù)風(fēng)壓系數(shù)如圖8所示，可以發(fā)現(xiàn)極值負(fù)風(fēng)壓主要出現(xiàn)在陡坡邊緣、外表面近陡坡邊緣及內(nèi)表面近陡坡邊緣.這些部位測(cè)點(diǎn)的極值負(fù)風(fēng)壓系數(shù)及相應(yīng)角度見表1，可以發(fā)現(xiàn)陡坡邊緣和內(nèi)表面近陡坡邊緣極值負(fù)風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的角度基本上為150°，而外表面近陡坡邊緣極值負(fù)風(fēng)壓對(duì)應(yīng)的角度基本上為105°，將這兩個(gè)風(fēng)向角下風(fēng)帆建筑的迎風(fēng)情況列于圖9.

由表1和圖9可以發(fā)現(xiàn)：1）在150°風(fēng)向角下，風(fēng)帆建筑的陡坡邊緣和內(nèi)表面近陡坡邊緣處于側(cè)風(fēng)位置，來流風(fēng)會(huì)在鋒利邊緣發(fā)生顯著的氣動(dòng)分離，從而導(dǎo)致這兩個(gè)位置出現(xiàn)很大的負(fù)風(fēng)壓.2）在105°風(fēng)向角下，外表面近陡坡邊緣區(qū)處于側(cè)風(fēng)位置，也是由于來流風(fēng)在鋒利邊緣發(fā)生顯著的氣動(dòng)分離而導(dǎo)致該部位出現(xiàn)很大的負(fù)風(fēng)壓.

5結(jié)論

本文采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法研究某風(fēng)帆體型建筑的風(fēng)荷載，得到以下結(jié)論：

1） 風(fēng)帆建筑容易形成“前壓后吸”的風(fēng)壓分布，對(duì)于迎風(fēng)面積大、厚度相對(duì)較小的風(fēng)帆建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)需引起足夠重視.

2） 風(fēng)帆建筑脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的分布規(guī)律與平均風(fēng)壓系數(shù)的分布規(guī)律基本相同，其脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)大小與平均風(fēng)壓系數(shù)大小成正比關(guān)系，一般而言背風(fēng)區(qū)的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)小于迎風(fēng)區(qū).

3） 風(fēng)帆建筑的極值負(fù)壓明顯大于其極值正壓，當(dāng)風(fēng)帆建筑的陡坡邊緣和外表面近陡坡邊緣處于側(cè)迎風(fēng)時(shí)，來流風(fēng)會(huì)在鋒利邊緣發(fā)生顯著的氣動(dòng)分離，從而使得這兩塊區(qū)域出現(xiàn)極大的負(fù)壓，在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視這兩塊區(qū)域的維護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì).

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