熱帶氣旋中豎向風(fēng)攻角對(duì)雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓的影響*

李秋勝, 李建成

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙　410082；2.香港城市大學(xué)，建筑學(xué)及土木工程系, 香港　999077)

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熱帶氣旋中豎向風(fēng)攻角對(duì)雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓的影響*

李秋勝1,2?, 李建成1

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410082；2.香港城市大學(xué)，建筑學(xué)及土木工程系, 香港999077)

基于熱帶風(fēng)暴“彩虹”中采集的高分辨率風(fēng)速風(fēng)向和雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓數(shù)據(jù)，研究了臺(tái)風(fēng)天氣下來(lái)流垂直于屋脊線時(shí)豎向風(fēng)攻角對(duì)雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓的影響.結(jié)果表明：來(lái)流垂直屋脊線時(shí)，屋面特殊風(fēng)壓系數(shù)與來(lái)流豎向風(fēng)攻角之間呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系.測(cè)點(diǎn)特殊風(fēng)壓系數(shù)受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度隨著測(cè)點(diǎn)距迎風(fēng)前緣距離的增加而減小.另外，受屋脊的影響，雙坡屋面背風(fēng)面距離屋脊較近的區(qū)域受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度會(huì)有一定程度的增強(qiáng).來(lái)流豎向風(fēng)攻角可能是造成雙坡屋面迎風(fēng)前緣及背風(fēng)面屋脊附近風(fēng)壓系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與實(shí)測(cè)結(jié)果差異較大的主要原因之一，在進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M時(shí)，應(yīng)考慮來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響.

豎向風(fēng)攻角；低矮房屋；風(fēng)壓；熱帶氣旋

臺(tái)風(fēng)風(fēng)致災(zāi)害是最主要的自然災(zāi)害之一，我國(guó)地處西太平洋海岸，是世界上受臺(tái)風(fēng)影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一.災(zāi)后調(diào)查顯示，風(fēng)災(zāi)中損毀的絕大多數(shù)建筑為低矮房屋，其主要破壞形式為屋面外覆構(gòu)件的局部損壞，如屋面角部、屋檐和屋脊附近區(qū)域.在我國(guó)東南沿海地區(qū)，雙坡屋面低矮房屋是居民住房的主要建筑形式之一，開展該類型低矮房屋在臺(tái)風(fēng)作用下的實(shí)測(cè)研究具有重要意義.

近40年來(lái)，關(guān)于低矮房屋風(fēng)致風(fēng)壓，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量的實(shí)測(cè)研究，其中比較著名的有英國(guó)的艾爾斯伯里實(shí)驗(yàn)房[1]、西爾斯框架結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)房(SSB)[2-5]、美國(guó)德克薩斯理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)房(TTU)[6-8]以及國(guó)內(nèi)的湖南大學(xué)臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)房(Ⅰ期平坡實(shí)測(cè)房和Ⅱ期雙坡實(shí)測(cè)房)[9-11]和同濟(jì)大學(xué)變坡實(shí)測(cè)房[12].大量的實(shí)測(cè)結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比顯示，低矮房屋屋面迎風(fēng)前緣、屋面角部區(qū)域以及雙坡屋面屋脊附近風(fēng)壓實(shí)測(cè)值與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果差異較大[3,9,11]，風(fēng)洞試驗(yàn)低估了這些區(qū)域的峰值風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓.目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為在低速風(fēng)洞中難以準(zhǔn)確模擬雷諾數(shù)相似條件和近地面層風(fēng)場(chǎng)特性是造成這種偏差的主要原因[13-15].

風(fēng)洞試驗(yàn)中模擬的風(fēng)場(chǎng)一般不考慮豎向風(fēng)攻角，但實(shí)際環(huán)境中，由于風(fēng)自身結(jié)構(gòu)或者周邊地形的影響，風(fēng)具有一定的豎向風(fēng)攻角[16].豎向風(fēng)攻角的存在會(huì)加劇來(lái)流在屋面迎風(fēng)前緣的分離效應(yīng)，對(duì)屋面風(fēng)壓產(chǎn)生不利影響.但國(guó)內(nèi)外關(guān)于豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面風(fēng)壓影響的研究很少，Letchford等[17]設(shè)計(jì)了一個(gè)可以沿對(duì)角線縱向旋轉(zhuǎn)的平坡低矮房屋試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)改變模型的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)模擬不同的來(lái)流豎向風(fēng)攻角，以評(píng)估來(lái)流平均豎向風(fēng)攻角對(duì)錐形渦作用范圍內(nèi)風(fēng)壓特性的影響程度，結(jié)果表明在使用準(zhǔn)定常理論預(yù)測(cè)屋面角部風(fēng)壓時(shí)，引入豎向風(fēng)攻角可以減小風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差.Wu等[18]基于TTU的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面角部風(fēng)壓系數(shù)的影響，其研究結(jié)果表明豎向風(fēng)攻角對(duì)錐形渦的形成和發(fā)展有非常大的影響，低矮房屋設(shè)計(jì)中不能忽視豎向風(fēng)攻角的影響.

鑒于目前關(guān)于豎向風(fēng)攻角對(duì)低矮房屋屋面風(fēng)壓影響的研究較少，且多是針對(duì)平坡屋面低矮房屋的研究，本文基于在熱帶風(fēng)暴“彩虹”中采集的高分辨率近地面風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)和雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓數(shù)據(jù)，分析了來(lái)流垂直于屋脊線這一工況下，豎向風(fēng)攻角對(duì)雙坡低矮房屋屋面風(fēng)壓的影響規(guī)律.本文研究結(jié)果可為改進(jìn)現(xiàn)有風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)提供參考.

1　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及熱帶風(fēng)暴“彩虹”介紹

1.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

本文數(shù)據(jù)來(lái)自湖南大學(xué)臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Ⅱ期工程，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)位于海南省文昌市錦山鎮(zhèn)某臨海位置，由一棟雙坡屋面低矮房屋和一座10 m高氣象監(jiān)測(cè)塔組成，如圖1所示.房屋尺寸為12.32 m×6．0 m×3.2 m(長(zhǎng)×寬×高)，屋面坡角為11.3°.四臺(tái)二維機(jī)械式風(fēng)速儀(RM Young 05106)分別安裝在氣象監(jiān)測(cè)塔的3.2, 5.0, 7.5, 10.0 m高處；另外，一臺(tái)超聲風(fēng)速儀(Gill Wind Master Pro)和一臺(tái)三維機(jī)械式風(fēng)速儀(Model 20075 Gill UVW)分別安裝在10.0 m和3.2 m高度處.觀測(cè)點(diǎn)周圍地貌及儀器技術(shù)參數(shù)詳見文獻(xiàn)[11].文中所用數(shù)據(jù)采樣頻率均為20 Hz.

圖1　雙坡實(shí)測(cè)房和氣象塔Fig.1　The gable roof experimental building and the meteorological tower

1.2熱帶風(fēng)暴彩虹介紹

熱帶氣旋彩虹(國(guó)際編號(hào)0913)于2009年9月9日在南海中部形成，之后向西北移動(dòng)，橫過(guò)南海北部，并于9月10日增強(qiáng)為熱帶風(fēng)暴.9月11日凌晨，彩虹達(dá)到其最高強(qiáng)度，中心附近最高風(fēng)速約為75 km/h，并橫過(guò)海南島北部，進(jìn)入北部灣海域，9月12日早上彩虹在越南北部登陸，并減弱為熱帶低氣壓.熱帶風(fēng)暴“彩虹”中心距實(shí)測(cè)房最近直線距離約為38 km，其路徑如圖2所示.

圖2　實(shí)測(cè)房位置和熱帶風(fēng)暴彩虹路徑圖Fig.2　Location of the experimental building and track of tropical storm Mujigae (資料來(lái)源：中國(guó)南海臺(tái)風(fēng)網(wǎng))

實(shí)測(cè)系統(tǒng)同步采集了熱帶風(fēng)暴彩虹影響實(shí)測(cè)地點(diǎn)時(shí)的風(fēng)速風(fēng)向和屋面風(fēng)壓數(shù)據(jù).本文設(shè)定風(fēng)速閾值為10 m/s，即僅選擇10 min平均風(fēng)速大于10 m/s的風(fēng)速數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的風(fēng)向和風(fēng)壓數(shù)據(jù).經(jīng)過(guò)篩選，最終選擇了時(shí)長(zhǎng)為4 h的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為分析樣本.圖3(a)(b)分別給出了3.2, 5.0, 7.5, 10.0 m高度處的10 min平均風(fēng)速時(shí)程和平均風(fēng)向時(shí)程.由圖可知，4個(gè)高度處之間風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)體現(xiàn)了很好的一致性，說(shuō)明了風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)的可靠性.圖3(c)給出了3.2 m高度處的3 s平均豎向風(fēng)攻角時(shí)程.

2　數(shù)據(jù)處理方法

2.1數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

臺(tái)風(fēng)登陸過(guò)程中的實(shí)測(cè)風(fēng)速常伴有非平穩(wěn)過(guò)程，對(duì)臺(tái)風(fēng)脈動(dòng)特性進(jìn)行分析時(shí)，需經(jīng)過(guò)平穩(wěn)性檢驗(yàn)，否則會(huì)導(dǎo)致平穩(wěn)隨機(jī)序列統(tǒng)計(jì)樣本參數(shù)出現(xiàn)誤差.選取10 min為參考時(shí)距，即時(shí)長(zhǎng)為10 min的數(shù)據(jù)為1個(gè)樣本單元，采用逆序法[19]分別對(duì)全部數(shù)據(jù)中的每個(gè)樣本單元進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，選取滿足95%置信水平條件的平穩(wěn)過(guò)程樣本用于分析.

2.2定義特殊風(fēng)壓系數(shù)

風(fēng)工程中常用的風(fēng)壓系數(shù)(本文稱為傳統(tǒng)風(fēng)壓系數(shù))為風(fēng)壓與參考高度處某一指定時(shí)距(通常為10 min)下的平均動(dòng)風(fēng)壓的比值：

(1)

時(shí)間/h (a)10 min平均風(fēng)速

時(shí)間/h (b)10 min平均風(fēng)向

時(shí)間/h (c)3 s平均豎向風(fēng)攻角圖3　10 min平均風(fēng)速、平均風(fēng)向 和3 s平均豎向風(fēng)攻角時(shí)程Fig.3　10 min mean wind speed，mean wind direction and 3 s mean vertical wind angle

由式(1)可知，傳統(tǒng)風(fēng)壓系數(shù)對(duì)風(fēng)速的變化很敏感.由于自然界中的風(fēng)是變化無(wú)常的，因此在計(jì)算平均風(fēng)速時(shí)，起始時(shí)間以及持續(xù)時(shí)距均會(huì)對(duì)平均風(fēng)速的大小產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響風(fēng)壓系數(shù).為了減弱風(fēng)速對(duì)風(fēng)壓系數(shù)的影響，Zhao[20]以在測(cè)點(diǎn)正上方采集到的瞬時(shí)速度壓為參考動(dòng)壓定義了一種瞬時(shí)風(fēng)壓系數(shù).這種瞬時(shí)風(fēng)壓系數(shù)能有效地減弱風(fēng)速脈動(dòng)對(duì)風(fēng)壓系數(shù)的影響，更好地反映水平風(fēng)向角和豎向風(fēng)攻角對(duì)風(fēng)壓系數(shù)的影響規(guī)律.

本文實(shí)測(cè)系統(tǒng)中，風(fēng)速儀未安裝在測(cè)點(diǎn)正上方，而是安裝在位于實(shí)驗(yàn)房北面，距其6.0 m處的氣象塔上，故直接使用瞬時(shí)風(fēng)壓系數(shù)方法是不準(zhǔn)確的.王云杰[21]證明了當(dāng)參考時(shí)距很短時(shí)，風(fēng)速可認(rèn)為是穩(wěn)定的，故可以通過(guò)使用短時(shí)距內(nèi)的平均速度壓作為參考動(dòng)壓，以達(dá)到瞬時(shí)風(fēng)壓系數(shù)的效果.本文選用3 s作為參考時(shí)距，定義特殊風(fēng)壓系數(shù)：

(2)

2.3解耦豎向風(fēng)攻角和水平風(fēng)向角

雖然特殊風(fēng)壓系數(shù)已經(jīng)減弱了風(fēng)速脈動(dòng)的影響，但其依然同時(shí)受到豎向風(fēng)攻角和水平風(fēng)向角的影響.因此，若想單獨(dú)分析豎向風(fēng)攻角對(duì)風(fēng)壓的影響，必須將豎向風(fēng)攻角和水平風(fēng)向角的影響進(jìn)行解耦.將3 s平均水平風(fēng)向角、平均豎向風(fēng)攻角和各個(gè)測(cè)點(diǎn)處的特殊風(fēng)壓系數(shù)，按照水平風(fēng)向角進(jìn)行排序，可以得到某一水平風(fēng)向角下特殊風(fēng)壓系數(shù)隨豎向風(fēng)攻角的變化規(guī)律；同理，若按豎向風(fēng)攻角進(jìn)行排序，可以得到某一豎向風(fēng)攻角下特殊風(fēng)壓系數(shù)隨水平風(fēng)向角的變化規(guī)律.

3　結(jié)果分析

3.1 90°風(fēng)向角下豎向風(fēng)攻角對(duì)風(fēng)壓的影響

本文定義風(fēng)平行屋脊線吹向?qū)嶒?yàn)房為0°風(fēng)向角，按順時(shí)針增加.選擇關(guān)于中軸線對(duì)稱的兩列測(cè)點(diǎn)作為分析對(duì)象，如圖4所示.

圖4　水平風(fēng)向角定義和測(cè)點(diǎn)位置Fig.4　The definition of horizontal wind direction and the location of particular pressure taps

圖5給出了90°水平風(fēng)向角下，各測(cè)點(diǎn)特殊風(fēng)壓系數(shù)隨來(lái)流豎向風(fēng)攻角的變化規(guī)律.由于房屋沿中軸線對(duì)稱，若假設(shè)來(lái)流風(fēng)在房屋尺度范圍內(nèi)沿水平方向完全相關(guān)，則理論上關(guān)于中軸線對(duì)稱的一對(duì)測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)應(yīng)該完全一致.由圖5可知，關(guān)于中軸線對(duì)稱的每一對(duì)測(cè)點(diǎn)的特殊風(fēng)壓系數(shù)均體現(xiàn)了很好的一致性，說(shuō)明了本次實(shí)測(cè)風(fēng)壓數(shù)據(jù)的可靠性.

豎向風(fēng)攻角/deg

豎向風(fēng)攻角/deg

豎向風(fēng)攻角/deg

豎向風(fēng)攻角/deg

豎向風(fēng)攻角/deg

豎向風(fēng)攻角/deg圖5　 90°風(fēng)向角下特殊風(fēng)壓系數(shù)隨豎向風(fēng)攻角變化Fig.5　The variation of non-conventional pressure coefficient with respect to vertical wind angle for 90° horizontal wind direction

由圖5可以看出每一對(duì)測(cè)點(diǎn)的特殊風(fēng)壓系數(shù)與來(lái)流豎向風(fēng)攻角之間均體現(xiàn)了明顯的線性關(guān)系.為了評(píng)估不同位置測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度，對(duì)每對(duì)測(cè)點(diǎn)特殊風(fēng)壓系數(shù)與豎向風(fēng)攻角之間的關(guān)系進(jìn)行了線性擬合，并以擬合直線的斜率來(lái)表征測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度.擬合直線斜率絕對(duì)值越大表示該對(duì)測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響越強(qiáng)烈.

圖6給出了擬合直線斜率與測(cè)點(diǎn)位置之間的關(guān)系.由圖6可知，整體上擬合直線斜率絕對(duì)值隨測(cè)點(diǎn)距迎風(fēng)前緣距離的增加而減小，表明距離迎風(fēng)前緣越遠(yuǎn)的屋面區(qū)域受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響越小.但屋面背風(fēng)面距離屋脊最近的一對(duì)測(cè)點(diǎn)受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度突然增大，說(shuō)明雙坡屋面房屋屋面風(fēng)壓受屋脊的影響，屋面背風(fēng)面距離屋脊較近的區(qū)域受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度會(huì)有一定程度的增強(qiáng).另外，屋面迎風(fēng)前緣位置測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)受來(lái)流豎向風(fēng)攻角影響程度遠(yuǎn)大于其余測(cè)點(diǎn)，說(shuō)明迎風(fēng)前緣位置是受來(lái)流豎向風(fēng)攻角影響最強(qiáng)烈的區(qū)域.大量風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比顯示，90°風(fēng)向角下，迎風(fēng)前緣及背風(fēng)面屋脊附近區(qū)域的風(fēng)壓系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與實(shí)測(cè)結(jié)果差異較大[3-4,11].由于風(fēng)洞試驗(yàn)中未模擬豎向風(fēng)攻角的影響，所以來(lái)流豎向風(fēng)攻角可能是造成這種差異的原因之一.

x/B圖6　擬合直線斜率與測(cè)點(diǎn)位置的關(guān)系Fig.6　The relationship between fitting line slopes and locations of pressure taps

3.24°和10°豎向風(fēng)攻角下的特殊風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比

為了進(jìn)一步說(shuō)明來(lái)流豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面風(fēng)壓的影響，圖7給出了4°和10°兩種豎向風(fēng)攻角下每對(duì)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)特殊風(fēng)壓系數(shù)與水平風(fēng)向角(80°～120°)之間的關(guān)系.之所以選擇4°和10°豎向風(fēng)攻角作為分析對(duì)象，是因?yàn)檫@兩種攻角下各測(cè)點(diǎn)具有足夠的數(shù)據(jù)量，同時(shí)又能保證足夠的攻角差，從而能更明顯地體現(xiàn)豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面風(fēng)壓的影響程度.

另外，對(duì)受豎向風(fēng)攻角影響較大的4對(duì)測(cè)點(diǎn)，圖中給出了其風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果.試驗(yàn)是在湖南大學(xué)建筑與環(huán)境風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室開展的(詳見文獻(xiàn)[22]), 采樣頻率為520 Hz，每個(gè)樣本的采樣時(shí)長(zhǎng)為115 s.模型縮尺比為1∶20，根據(jù)實(shí)測(cè)3.2 m高度處總平均風(fēng)速和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)16 cm處的平均風(fēng)速計(jì)算得到風(fēng)速比為1∶2.15，根據(jù)斯托羅哈數(shù)相似可得時(shí)間比為1∶9.3，則實(shí)測(cè)3 s時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)風(fēng)洞中的0.32 s時(shí)長(zhǎng).對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行0.32 s滑動(dòng)平均，之后計(jì)算0.32 s平均值的總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，如圖7所示.

10°豎向風(fēng)攻角下，位于迎風(fēng)前緣區(qū)域的測(cè)點(diǎn)50606和50509的特殊風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值在80°～120°風(fēng)向角間均明顯大于4°豎向風(fēng)攻角下的特殊風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值，尤其是90°和120°風(fēng)向角附近，這種差異更為明顯，這主要是因?yàn)?0°風(fēng)向角時(shí)，豎向風(fēng)攻角的存在加劇了來(lái)流在迎風(fēng)前緣處的分離；而120°風(fēng)向角下，豎向風(fēng)攻角的存在影響了錐形渦的強(qiáng)度，這與Wu[18]在平坡屋面上得到的結(jié)果相似.測(cè)點(diǎn)50506和50509以及測(cè)點(diǎn)50406和50409，在10°豎向風(fēng)攻角下的特殊風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值略大于4°攻角下的值.屋面背風(fēng)面靠近屋脊附近測(cè)點(diǎn)50306和50309的特殊風(fēng)壓系數(shù)在90°和120°水平風(fēng)向角附近這種差異較為明顯，而在其余風(fēng)向角下，豎向風(fēng)攻角的影響有限.屋面背風(fēng)面測(cè)點(diǎn)50206和50209以及測(cè)點(diǎn)50106和50109的特殊風(fēng)壓系數(shù)值在2種豎向風(fēng)攻角下幾乎沒(méi)有差異，表明豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面背風(fēng)面且遠(yuǎn)離屋脊的區(qū)域幾乎沒(méi)有影響，可以不予考慮.

另外，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與4°風(fēng)攻角下的實(shí)測(cè)特殊風(fēng)壓系數(shù)之間的差異明顯小于10°風(fēng)攻角下二者之間的差異，說(shuō)明豎向風(fēng)攻角的增大加劇了實(shí)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異.

風(fēng)向角/deg

風(fēng)向角/deg

風(fēng)向角/deg

風(fēng)向角/deg

風(fēng)向角/deg

風(fēng)向角/deg圖7　 4°和10°豎向風(fēng)攻角下特殊風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比Fig.7　The comparison of non-conventional pressure coefficients between 4°and 10°vertical wind angle

4　結(jié)　論

本文基于在熱帶風(fēng)暴“彩虹”中采集的高分辨率風(fēng)速風(fēng)向及低矮雙坡房屋屋面風(fēng)壓數(shù)據(jù)，研究了臺(tái)風(fēng)天氣中，來(lái)流垂直低矮雙坡房屋屋脊線工況下豎向風(fēng)攻角對(duì)屋面風(fēng)壓的影響規(guī)律.得到如下結(jié)果：

1)來(lái)流垂直于屋脊線時(shí)，屋面特殊風(fēng)壓系數(shù)與來(lái)流豎向風(fēng)攻角之間呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系.

2)屋面迎風(fēng)前緣處特殊風(fēng)壓系數(shù)受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度最強(qiáng)烈，隨著測(cè)點(diǎn)距迎風(fēng)前緣距離的增加，測(cè)點(diǎn)特殊風(fēng)壓系數(shù)的受影響程度遞減，在背風(fēng)面且距屋脊較遠(yuǎn)的區(qū)域可忽略豎向風(fēng)攻角的影響.但雙坡屋面房屋屋面風(fēng)壓受屋脊的影響，屋面背風(fēng)面距離屋脊較近的區(qū)域受來(lái)流豎向風(fēng)攻角的影響程度會(huì)有一定程度的增強(qiáng).

3)來(lái)流豎向風(fēng)攻角可能是造成雙坡屋面迎風(fēng)前緣及背風(fēng)面屋脊附近風(fēng)壓系數(shù)實(shí)驗(yàn)值與實(shí)測(cè)結(jié)果差異較大的原因之一 .

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Influences of Vertical Wind Angles on Roof Pressures of Low-rise Gable Roof Building during Tropical Cyclone

LI Qiu-sheng1, 2?, LI Jian-cheng1

(1. College of Civil Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan410082, China;2. Dept of Architecture and Civil Engineering, City Univ of Hong Kong, Hong Kong999077, China)

Based on the high resolution data of the wind speed and direction，as well as the wind pressure data measured from an instrumental gable roof of a low rise building during the tropical storm of Mujigae, the influences of vertical wind angles on the roof pressures of the low-rise gable roof building are investigated when the incident flow is perpendicular to the ridge line during tropical cyclone. The results show a clearly linear relationship between the non-conventional pressure coefficients and incident vertical wind angles. As the distance between pressure taps and leading edge increases, the non-conventional pressure coefficients affected by the incident vertical wind angles decrease. In addition, due to the influence of the ridge, leeward roof area that is close to the ridge is greatly affected by the incident vertical wind angles. The incident vertical wind angle may be one of the main causes for the discrepancy between the experimental pressure coefficients and field measurements near the leading edge and the ridge. Therefore, the influences of the incident vertical wind angles should be considered in the wind tunnel tests.

vertical wind angle; low-rise buildings; wind pressure; tropical cyclone

1674-2974(2016)07-0001-07

2015-04-02

國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(90815030), Key Program of Major Research Project of National Natural Science Foundation of China(90815030); 國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178179), National Natural Science Foundation of China(51178179)

李秋勝(1962-)，男，湖南永州人，教授，中組部千人計(jì)劃國(guó)家特聘專家，教育部長(zhǎng)江學(xué)者

?通訊聯(lián)系人，E-mail:bcqsli@cityu.edu.cn

TU973.32

A