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    正確理解和應(yīng)用風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告

    來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:張芹  日期:2011-3-29
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      玻璃幕墻風(fēng)荷載是玻璃幕墻設(shè)計(jì)諸荷載(作用)中最重要的一項(xiàng)。它的取值直接影響玻璃幕墻的安全,尤其是體型復(fù)雜的高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載更要慎重采用。
     
      基本風(fēng)壓換算系數(shù)是由各地面粗糙度類別梯度風(fēng)高度換算來的,因與梯度風(fēng)高度有關(guān),所以放在風(fēng)壓高度變化系數(shù)中,風(fēng)洞試驗(yàn)不可能得出基本風(fēng)壓換算系數(shù)。用GB50009式(7.1.1-2)計(jì)算時(shí)用風(fēng)壓高度變化系數(shù),已對(duì)基本風(fēng)壓按不同地面粗糙度類別進(jìn)行了換算。但很大一部分風(fēng)洞試驗(yàn)單位不熟悉GB50009規(guī)范,在計(jì)算(平均風(fēng)壓  Wk=C/ W0  ;峰值風(fēng)壓  Wk=Cmax(min)/ W0)時(shí)未考慮基本風(fēng)壓換算系數(shù),計(jì)算結(jié)果(B類除外)就有很大誤差。
      (2)局部風(fēng)壓體型系數(shù)。
      風(fēng)荷載體型系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實(shí)際壓力(或吸力)與來流風(fēng)的速度壓的比值,它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓的作用下的靜壓力的分布規(guī)律,主要與建筑物的體型和尺度有關(guān),也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。由于涉及的是固體和流體相互作用的流體力學(xué)問題,對(duì)于不規(guī)則形狀的固體,問題尤為復(fù)雜;無法得出理論上的結(jié)果。一般均應(yīng)由試驗(yàn)確定,鑒于真型的實(shí)側(cè)方法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不現(xiàn)實(shí)性,目前只能采用相似原理,在邊界層風(fēng)洞內(nèi)對(duì)擬建的建筑物模型進(jìn)行測試。GB50009表7.3.1列出38項(xiàng)不同類型的建筑物和各類結(jié)構(gòu)體型及其體型系數(shù),這些都是根據(jù)國內(nèi)外的試驗(yàn)資料和外國規(guī)范中的建議性規(guī)定整理而成。當(dāng)建筑物與表中列出的體型相同時(shí),可按該表的規(guī)定采用;當(dāng)建筑物與表中的體型不同時(shí),可參考有關(guān)資料采用;當(dāng)建筑物與表中的體型不同且無有關(guān)資料可以借鑒時(shí),宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定;對(duì)于重要且體型復(fù)雜的建筑物應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。
      必須指出,表7.3.1系數(shù)是有局限性的,所以強(qiáng)調(diào)將風(fēng)洞試驗(yàn)作為抗風(fēng)設(shè)計(jì)輔助工具的必要性,尤其是對(duì)于體型復(fù)雜而且性質(zhì)重要的房屋建筑。
    當(dāng)建筑群,尤其是高層建筑群,房屋相互間距較近時(shí),由于旋渦的相互干擾,房屋某些部位的局部風(fēng)壓會(huì)顯著增大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予注意,對(duì)比較重要的高層建筑,在風(fēng)洞試驗(yàn)中要考慮周圍建筑物的干擾因素。
      風(fēng)力作用在建筑物表面,壓力分布很不均勻,在角隅、檐口、邊棱處和在附屬結(jié)構(gòu)的部位(如陽臺(tái)、雨蓬等外挑件),局部風(fēng)壓會(huì)超過表7.3.1所得平均風(fēng)壓。局部風(fēng)壓體型系數(shù)是考慮建筑物表面風(fēng)壓分布不均勻而導(dǎo)至局部部位的風(fēng)壓超過全表面表7.3.1所得平均風(fēng)壓的實(shí)際情況而作出的調(diào)整。由于局部部位面積的大小不同,修正程度也應(yīng)有不同,規(guī)范參考國外資料給出插值公式以予適當(dāng)調(diào)整。
      GB50009規(guī)定驗(yàn)算圍護(hù)構(gòu)件及連接的強(qiáng)度時(shí),可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)荷載體型系數(shù)。
      1. 外表面    
           1)正壓區(qū)      按GB50009表7.3.1采用
           2)負(fù)壓區(qū)     —對(duì)墻面取-1.0
                         —對(duì)墻角邊取-1.8
                         —對(duì)屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于10度的屋脊部位)取-  2.2
              —對(duì)檐口、雨蓬、遮陽板等突出構(gòu)件,取-2.0
      注:對(duì)墻角邊和屋面局部部位的作用寬度為房屋寬度的0.1或房屋平均高度的0.4。取其小者,但不小于1.5m
      2. 內(nèi)表面
      對(duì)封閉式建筑物按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2部分風(fēng)洞試驗(yàn)單位對(duì)圓(弧)型建筑做模型時(shí),沒有做圓(弧)型建筑有突變部位(突變部位風(fēng)壓有重大變化),而是按圓滑曲做模型,就不能反映這些突變部位風(fēng)壓重大變化。
      (3)建筑群干擾增大系數(shù)
      當(dāng)建筑群,尤其是高層建筑群,房屋相互間距較近時(shí),由于旋渦的相互干擾,房屋某些部位的局部風(fēng)壓會(huì)顯著增大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予注意,對(duì)比較重要的高層建筑,在風(fēng)洞試驗(yàn)中要考慮周圍建筑物的干擾因素。
      風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí),對(duì)周圍建筑物按現(xiàn)狀或設(shè)計(jì)規(guī)劃,模擬高層建筑群體形成的局部風(fēng)環(huán)境,但這一風(fēng)環(huán)境在此建筑生存期間可能會(huì)改變,即有可能出現(xiàn)對(duì)本建筑更不利的群體干擾影響,因此在試驗(yàn)時(shí),還要對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)整,取最不利組合進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn),得出該組合時(shí)群體干擾影響和壓力分布。
      (4) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)
      在大氣邊界層內(nèi),風(fēng)速隨離地面高度變化而增大。當(dāng)氣壓場隨高度不變時(shí),速度隨高度增大的規(guī)律,主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度。通常認(rèn)為在離地面高度為300~500m時(shí)風(fēng)速不再受地面粗糙度的影響,也即達(dá)到所謂“梯度風(fēng)速”,該高度稱之梯度風(fēng)高度。地面粗糙度等級(jí)低的地區(qū),其梯度風(fēng)高度比等級(jí)高的地區(qū)為低。
    根據(jù)地面粗糙度指數(shù)及梯度風(fēng)高度,即可得出風(fēng)壓變化系數(shù)如下:
          μzA=1.379(Z/10)0. 24                            
          μzB=1.000(Z/10)0. 32                            
          μzC=0.616(Z/10)0.44                            
          μzD=0.318(Z/10)0. 60                             
       式中(Z/10)2α是描述風(fēng)壓沿高度變化的規(guī)律,(Z/10)2α前的系數(shù)是各地面粗糙度類別基本風(fēng)壓換算
    系數(shù)μw0 。
      風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)時(shí)在模型前設(shè)置尖塔、擱柵、網(wǎng)格以調(diào)整風(fēng)洞剖面各高度風(fēng)速,使風(fēng)速沿高度變化符合相應(yīng)的指數(shù)律(A、B、C、D類地區(qū)分別為0.12、0.16、0.22、0.30),這樣測得的模型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)風(fēng)壓包含了近似風(fēng)壓沿高度變化的因素。但不能得出基本風(fēng)壓換算系數(shù)。
      (5)陣風(fēng)系數(shù)
      陣風(fēng)系數(shù)是指陣風(fēng)風(fēng)壓和平均風(fēng)壓的比值。
      GB50009主要起草人陳基發(fā)先生在《圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載》一聞指出:不同國家的規(guī)范對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載,在規(guī)則上各不相同---其取值的差別,既有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源不同的原因,更主要的是取值的原則也不盡相同。例如墻面是否分區(qū),如何劃分;是否考慮荷載從屬面積的因素;風(fēng)壓的參考高度如何規(guī)定;內(nèi)壓是否考慮;又如何取值;以及風(fēng)壓脈動(dòng)影響的陣風(fēng)系數(shù)取值的依據(jù)等。

      GB50009主要起草人張相庭先生在《結(jié)構(gòu)風(fēng)壓和風(fēng)振計(jì)算》一書指出:在著手進(jìn)行脈動(dòng)風(fēng)隨機(jī)響應(yīng)分析之前,必須先確定脈動(dòng)風(fēng)的概率特性。根據(jù)風(fēng)的記錄分析表明,對(duì)于平均風(fēng)大體符合正態(tài)分布規(guī)律。因而脈動(dòng)風(fēng)常近似作為高斯過程來考慮。根據(jù)高斯曲線,可以很快求出它的平均值υ和根方差σ。這樣就可以確定一定保證概率下的設(shè)計(jì)最大風(fēng)速:
         υdp=υ+μσ
      Davenport按極值的概率分布來確定這個(gè)保證系數(shù)(峰因子)μ值。

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