怎樣評價風洞試驗報告

《玻璃幕墻工程技術規范》JG102-2003規定：“玻璃幕墻的風荷載標準值可按風洞試驗結果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風荷載環境復雜時，宜進行風洞試驗確定風荷載。”
    有的論文提出：“風洞試驗值比規范更精確”。“ 風洞試驗之所以精確，因為它真正模擬表現出了風對于不同建筑物的影響”。上海×××中心“由國際著名風工程專家×××主持×××邊界層風洞試驗室完成的風洞實驗。其實驗數據翔實，方法可靠，結論合理。”這些論點值得商榷。
    我們要認識到，風洞不能自動創造某建筑物所在地點的風環境，并得出建筑物表面各處風荷載。建筑物所在地區的風速是通過風速儀等儀器長期觀測紀錄、并經數理統計分析得出的；對風剖面還要用高桅塔或高空氣球來測得不同高度風速后進行數理分析、回歸成公式來表述。因此不是風洞創造預定的風環境，而是人根據長期觀測資料的分析結果確定風環境有關參數，風洞試驗時在風洞中摸擬大風邊界層流場，風洞中摸擬的風環境與再現的預計風環境近似程度完全取決于人對風環境有關參數的理解和運用。如果風環境參數選擇不當，則模擬的風環境與預定情況大相徑庭。同時還要指出風洞試驗的結果主要是體型系數—來流風壓與建筑表面實際（壓）吸力的比值，也有的風洞試驗可在風洞中的各高度調整風速來測得不同高度的壓力系數(即體型系數與風壓高度變化系數近似乘積)，各處的風荷載是將測點的壓力系數乘以風洞對應點風速換算成實際風環境中風速計算出來的風壓，即風荷載是計算值，而不是直接從風洞試驗中得到，在計算中采用的風環境計算參數取值直接影響風荷載計算結果。
    上海×××中心風洞試驗報告中“×××對上海風環境進行研究后，在其風洞試驗報告所選用的梯度風風壓為1.5KPa。這與按規范GB50009中上海地區50年回歸期基本風壓0.55 KPa，并經風壓風速轉換后利用規范公式7.6.2-2推導的結果比較，×××的梯度風風壓結論介于地粗面糙度A類B類之間，而不是通常認為的陸家嘴地區為地粗面糙度C類。”上海地區基本風壓0.55 KPa是根據上海氣象臺歷年（50年以上）來的最大風速記錄，經統計分析確定的（規范對梯度風高度分別規定為hTa=300m、hTb=350m、hTc=400m、hTd=450m）。上述風洞試驗報告所選用的梯度風風壓為1.5KPa，沒有說明梯度風高度取多高，梯度風風速用什么方法（儀器），經過多少（幾十）年、取得多少（幾十、幾百、幾千、幾萬-----）個樣本，用什么方法得出的。怎樣得出比規范更精確的結論的。
    在大氣邊界層內，風速隨離地面高度而增大。在大量觀測資料積累的基礎上，基于相似理論得出的近地層的風速廓線(剖面) 近似符合指數規律，盡管這種方法具有思路清析、概念明確、易于操作的特點，但從對若干個有100m以上的超高層建筑地區不同高度最大風速記錄統計分析，100m以上風速廓線(剖面)并不符合指數規律，而是呈拋物線或多項式曲線分布。風洞試驗時一種方法是取全斷面同一流場速度（流場速度的不均勻性小于2%），試驗的結果主要是體型系數（來流風壓與建筑表面實際（壓）吸力的比值），用此體型系數乘以風壓高度變化系數和用風洞對應點風速換算成實際風環境中風速計算的風壓的結果即為設計風荷載（陣風還考慮陣風系數）。另一種方法是風洞試驗時，在風洞中試驗區前設擋板、百頁、擱柵、濾網等使試驗區風洞剖面上、下各點風速不同，并使風洞風剖面符合規定的指數規律，試驗的結果測得不同高度的壓力系數(即體型系數與風壓高度變化系數近似乘積)，測點的壓力系數乘以風洞對應點風速換算成實際風環境中風速計算出來的風壓，得出風荷載值，但是風剖面取不同指數值，會得出不同結果。例如上海中銀（浦東國際金融）大廈風洞試驗，同濟大學取α=0.16（基準點取為350 m、基準點風壓3.8 KPa），得230m處風荷載為7KPa，上海建筑科學研究院取α=0.18（基準點取為230 m、基準點風壓1.65KPa），得230m處風荷載為7.49KPa，如果將上海建筑科學研究院取α=0.18用算換公式C=（230/10）0.16×（230/10）0.18=0.939，7.49×0.939=7.03≈7.00KPa。上海×××中心‘風洞試驗報告’報告的“風洞試驗值與按規范公式計算結果不同，按規范公式計算風壓隨樓層高度而升高，在400米處，即規范的（C類）梯度風高度趨于平穩。但風洞試驗顯示風壓在260米處達到最大，然后開始隨高度上升平穩下降”（也有部分風洞試驗報告有類似報告）。不過上述‘風洞試驗報告’未說明風洞試驗區風洞風剖面指數α取值（按C類還是介于地粗面糙度A類B類之間）。風洞試驗值與按規范公式計算結果不同，形成這種差異的原因還不能確定，是來流風速對高層建筑的效應就是這樣，還是風洞中風環境（有風洞壁約束）與自然界風環境（自由流通）的差異形成的，誰更精確要用實踐是檢驗真理的唯一標準來評價，即在進行過風洞試驗的建筑上每隔一定高度，同時設風速儀和風壓板，測出某一高度大氣流場風速和同一高度建筑上風壓值，積累觀測資料得出更精確的結論。 
風壓是速度壓，風速只是代表在自由氣流中某點的風速，房屋建筑設計時不能直接以該風速作為結構荷載，因為房屋本身并不是理想地使原來的自由風流停滯，而是讓氣流以不同方式在房屋表面繞過，因此房屋對氣流形成某種干擾，要完全從理論上確定氣流影響的物體表面的壓力，目前還是做不到。一般都是通過試驗的方法確定風作用在建筑物表面所引起的壓力(吸力)與來流風壓的比值，即風荷載體型系數，它表示建筑物表面在穩定風壓作用下的靜態壓力分布規律，主要與建筑物的體型與尺度有關(荷載規范共列出38種基本體型)，一些高層建筑采用一些特殊的體型（非基本體型），且不同高度采用不同的截面形狀，沿高度變化的截面風壓分布復雜多變，例如正負風壓系數都出現在雙園弧面尖角拐角，雙園弧面與過渡段交接處的尖角上有極強的壓力脈動等，這些分布規律在荷載規范風荷載體型系數表中是查不到的，需要通過風洞試驗來驗證和確定。　
    風洞試驗用模型為實際尺寸的1/200~1/400，如1/400模型上最外一測點距邊5mm，它反映的是建筑上距邊2m處的風壓值，風壓值在邊角部變化很快，測點微小的變化即會引起較大的偏差，就是說風洞模型在邊角部的讀數有可能與實際值存在偏差，因此，對于邊角部風壓值要在風洞試驗值的基礎上考慮適當調整。《建筑結構荷載規范》GB50009指出：“對封閉式建筑物，考慮到建筑物內實際存在的個別孔口和縫隙，以及機械通風等因素，室內可能存個在正負不同的氣壓”。“驗算圍護構件及其連接的強度時，可按下列規定采用局部風壓體型系數----二、內表面   對封閉式建筑物，按外表面風壓的正負情況取-0.2或0.2。”而風洞試驗只反映外表面的正負風壓，因此設計時要在風洞試驗值的基礎上考慮內表面局部風壓體型系數。
《建筑結構荷載規范》GB50009指出：“當多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應；一般可將單獨建筑物的體型系數μs乘以相互干擾征增大系數，該系數可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出。”當周圍有較多高層建筑時，這一群體對風產生特定的群體干擾因而形成了特定的風環境，對所設計的高層建筑也會產生影響，受到群體干擾影響時，對稱的截面形狀會出現并不對稱的風壓分布，特別是上游和下游建筑物對氣流產生的干擾造成群體干擾影響下的氣流特性與單體有很大差別，其風壓分布復雜多變，而我國現行規范未考慮群體干擾的影響因素，這些分布規律在荷載規范風荷載體型系數表中是查不到的，需要通過風洞試驗來驗證和確定。必須指出風洞試驗時，群體干擾效應必須采用最不利組合，例如上海中銀（浦東國際金融）大廈風洞試驗時，進行了有或無交銀大廈的對比試驗，無交銀大廈時北面鄰緊交銀大廈大面上風壓有所增大，有交銀大廈時，由于交銀大廈的存在，+143米近邊緣處局部風壓系數增大近4倍。因此，風洞試驗時，不僅要考慮現有建筑布局，而且要考慮將來建筑布局變化后的不利影響，取最不利組合。