均匀流场中圆角方形断面极值风压系数试验研究

通过刚性模型测压风洞试验,在均匀流场中研究了雷诺数Re=1.2×10^(5)、圆角率为0.1、0.2、0.3、0.4时的圆角方形断面在不同风向角下的脉动风压非高斯特性。结果发现,圆角方形断面也存在比较明显的非高斯特性。对不同模型表面风压时程进行分析,将峰值因子概率密度曲线进行拟合,并选取保证率为99.38%时的取值。基于以上结果,分析了不同圆角率时极值风压系数随风向角的变化规律,并得到风向角统计意义下的极值风压系数。结果表明,圆角方形断面的极值风压系数分布与圆角率密切相关。

低空封闭连廊的表面风压和整体体型系数

采用刚性模型测压风洞试验研究低空封闭连廊的风压分布和整体体型系数,分析连廊4个表面测点的体型系数和非高斯分布特性,研究连廊整体体型系数随风向角和连廊长度的变化,给出低空封闭连廊的正迎风整体体型系数和角度风分配系数,基于极值分析方法给出连廊的全风向极值风压系数,最后给出连廊抗风设计的建议值.研究表明,低空封闭连廊在正吹情况下背风面的体型系数约为-1.04~-0.86,绝对值均大于规范中方柱的-0.6,导致连廊的整体体型系数大于规范中方柱的1.4,30 m长低空封闭连廊的整体阻力系数为1.61;正吹情况下连廊中间截面的整体体型系数大于其他截面,正吹风向角的整体体型系数大于其他风向角,连廊越长正迎风整体体型系数越大;在正吹情况下,连廊迎风面风压主要为高斯分布,其他表面主要为非高斯分布;给出正迎风整体体型系数和角度风分配系数以用于低空封闭连廊主体结构的抗风设计.

槽式聚光镜的脉动风压特性与极值风压分布

通过对槽式聚光镜模型进行风洞测压试验,分析镜面平均风压和脉动风压分布特性,并给出部分测点的脉动风压功率谱图,对影响脉动风压分布的因素进行分析。同时还探讨脉动风压的概率分布,并对峰值因子的取值给出建议。研究结果表明:镜面竖向仰角及水平风向角不同时影响脉动风压分布的主导因素不同;镜面部分面积的风压分布在某些工况下有明显非高斯特性;抗风设计时可采用目标概率法来确定镜面的峰值因子以防止部分区域的风压保证率过高。此外还给出镜面各分区的峰值风压系数值。

下击暴流作用下大跨平屋面的极值风压分析

在下击暴流风场中,大跨平屋面建筑顶部的来流分离区及尾流区域处风压具有极强的非高斯特性。基于稳态冲击射流作用下的大跨平屋面建筑刚性测压试验结果,使用高阶统计量法研究了典型径向距离处屋面风压高斯与非高斯分区特性,利用TPP法计算测点峰值因子,发现平屋面表面测点极值风压系数与建筑物离下击暴流喷口间距有密切关系,研究结果表明:在下击暴流作用下,大跨平屋面部分区域出现明显的风压非高斯特性,尤其是迎风和背风边缘区域;屋面中心区域和屋面侧边缘区域峰值因子较小,屋面峰值因子取值范围在3.99~9.29,测点峰值因子均明显大于《建筑结构荷载规范》中的取值;在不同径向距离处,极值风压系数均为负值,来流分离区域及尾流区域风压系数绝对值较大;极小值风压系数绝对值随径向距离的增加先增大再减小,在径向距离为1.25 D_(jet)时极小值风压系数绝对值出现最大值。

不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

非高斯风压时程的矩模型变换与峰值因子计算公式

利用Hermite矩模型理论建立了非高斯过程与高斯过程之间的单调变换关系;非高斯过程与高斯过程的极值发生概率相等,界限穿越率相等,这为非高斯风压峰值因子、风压极值的计算奠定了基础。在介绍软化过程、硬化过程和偏斜过程的Hermite矩模型理论的基础上,采用偏斜系数、峰态系数表明了矩模型的单调变换范围,由此可根据偏斜系数、峰态系数预先确定Hermite矩模型的变换公式和变换阶数。建立了非高斯过程峰值因子的概率分布表达式,明确了非高斯峰值因子与高斯峰值因子之间的一一对应关系。将非高斯极值概率分布及峰值因子计算方法应用于平屋盖局部风压峰值因子、风压系数极值的计算。结果表明:非高斯风压的峰值因子、风压系数极值的计算值的平均值与实测值的平均值吻合,风压系数极值的吻合程度优于峰值因子的吻合程度。

大跨度双曲混凝土双曲组合扭壳屋盖表面风压系数试验研究

大跨度双曲混凝土组合扭壳屋盖结构具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点，风荷载是其结构设计的控制荷载。由于建筑造型的要求，大跨度双曲混凝土屋盖结构往往具有复杂的外型，现行的荷载规范很难确定屋盖表面的风压分布，一般是通过风洞测压试验获得屋盖表面的风压。本文较为详细地介绍了具体试验方法和理论分析方法，并通过对大跨度双曲混凝土组合扭壳屋盖表面风压系数的测定和风洞试验结果的分析，说明了利用风洞试验测量其表面风荷载的必要性，得到其风压分布的复杂特征，为大跨度混凝土屋盖的结构设计提供参考。

下击暴流下单立柱四面式广告牌表面风压数值分析

基于计算流体动力学理论,采用雷诺平均法对下击暴流下单立柱四面式广告牌结构风压分布进行了三维数值计算。结合各面板风压系数分布图和总风压系数曲线,分析了风向角、径向距离对广告牌风压分布特性的影响,并得出了风压系数极值及其出现位置。结果表明:各面板上下边缘的风压系数对加速气流吸力的影响较为敏感,总风压系数曲线在面板交接处附近均会出现压力极值;在α=15°时,面板C、D的总风压系数极大值接近1.6;风压系数分布规律不会随径向距离的变化而改变,广告牌表面总风压系数随径向距离增加而降低;风压系数极值易发生于面板四周边缘,在抗风设计时要注意加强相应区域。

福建沿海历史街区风荷载特性数值模拟与风险防控方法

通过ANSYS Fluent软件选用RNG k-ε湍流模型,以福建沿海历史街区为对象,数值计算分析街道形态与路网形式对极值风压系数分布的影响并探讨风灾防控的策略。研究表明:单一街道在全风向下高宽比(1.33)产生爬越流时极值负压系数绝对值较大,最大负压系数绝对值产生于风向与街道垂直且高宽比最大(1.33)的条件下;随风向由垂直于街道变为平行,多条街道相交与单一街道风压系数变化一致:整体的正、负压系数绝对值和范围均大幅度降低,单一街道、同一高宽比的极值负压系数绝对值最大降低64.74%,平均降低了43.93%。对三坊七巷与和平路历史街区造成风致破坏的最重要因素是临近历史街区的高层建筑带来的极值正压与负压系数,其次为开敞空间与街区道路走向。极值负压系数绝对值在建筑间距/高度3.5～5.8时成正相关,拟合曲线为抛物线,在建筑间距/高度大于5.8时极值负压系数绝对值均趋于稳定值。当风向与方格路网垂直时,高密度低矮建筑的风荷载极值与建筑所在的道路走向(平行或垂直)不相关。历史街区的风灾防控可从绿化配置和建设控制地带建筑优化两方面实现。

双坡屋面低矮房屋围护结构风压系数极值中美规范对比

以双坡屋盖低矮房屋围护结构为研究对象,基于风荷载设计基本理论和风洞试验数据,对中国规范和美国规范关于双坡屋盖风压系数极值规定进行对比,结果表明:相比于美国规范,中国规范对低矮建筑围护结构的风压系数极值的规定偏于不安全;在进行风荷载设计时,应对屋面的角部,屋面边缘部位,屋脊端部,屋脊中部,屋面中部以及墙面的端部和中部等部位进行分区处理。

高层建筑测压风洞试验校准与不确定性的量化

高层建筑风洞试验可靠性常基于多家机构的CAARC标准高层建筑风洞试验结果进行对比检验,然而其风洞试验结果的不确定性难以量化。本研究对D类地貌下缩尺比为1∶400的CAARC标准高层建筑进行刚性模型测压风洞试验,首先研究了风洞试验参考位置对试验结果的影响,结果表明测压试验的参考位置宜选择受湍流影响较小的模型上方风洞顶部;其次,研究了采样次数对平均和极值风压系数的影响规律,为获得较稳定的极值风压系数,建议最小试验采样次数15次;最后,利用试验结果与国内外多家研究机构的结果进行对比分析,验证了本研究风洞试验的可靠性,量化了试验结果的不确定性,结果表明本研究高层建筑风洞试验的风压系数建模不确定性偏差为0.98,变异系数为0.14。

基于高阶矩的非高斯风压极值计算

基于采样时长较长的风洞试验数据,在Hermite多项式的基础上提出了计算风压极值的简化公式。采用Winterstein提出的近似解析式计算Hermite多项式的相关参数,根据风洞试验数据拟合得到了简化公式中的未知系数。将数据的极大值和极小值作为参考值,对拟合后的简化公式精度进行了评估。在极大值评估中,对比了简化公式与现有Hermite计算式的精度,其中后者的参数采用Yang等提出的近似解析式计算。研究结果表明,在不同采样频率、时距及风洞试验数据下,简化公式估计极大值精度较高,估计极小值则存在较大相对误差,但由于极小值数值较小,其实际差异不大。

球形屋面风压系数风洞试验研究

对5个小矢跨比球形屋面进行了刚性模型测压风洞试验,研究其平均风压系数和风压极值分布,并与中国、日本和美国规范进行了对比。试验结果表明:矢跨比对球形屋面平均风压系数的分布影响显著,当矢跨比较大时,迎风区出现正压,最大负压出现在屋面顶部;而当矢跨比较小时,整个屋面均为负压,最大负压分别出现在屋面迎风前缘和屋面顶部,且常常前者幅值大于后者。各国规范与风洞试验的对比结果表明:对于屋面大部分区域,中国规范的规定值总体偏于保守,对小矢跨比球形屋面的迎风区域负压值估计不足;球形屋面出现较大的负压极值风压系数,极值风压系数在屋面的大部分中间区域的变化梯度小,而在屋面边缘位置的变化梯度大。基于风洞试验结果,给出了屋面分区平均风压系数和极值风压系数建议值。

小长跨比柱面煤棚风荷载特性试验研究

以某实际工程柱面煤棚(长跨比为5/6)为对象,通过刚性模型测压风洞试验的方法研究了小长跨比柱面煤棚的风荷载特性。分析了风荷载体型系数和整体力系数随风向角的分布规律,讨论了表面脉动风压的非高斯特性,在此基础上明确了极值风压系数的分布规律。结果表明,当来流风与跨向呈45°角时,煤棚跨向受力最大;当来流风垂直跨向时,煤棚受到的竖向吸力最大;煤棚在角部区域的极值风压最大,进行围护结构设计时应注意提高角部区域的抗风性能。

大跨屋盖结构的风荷载的分布规律

本文以1:200几何缩尺比的刚性模型进行风洞试验,基于相应的风洞试验数据处理方法,研究了大跨度平屋盖表面风压分布特征,给出了风压系数分布规律。得出,屋面的风压系数以吸力为主,气流在屋面前缘发生分离,发生分离后产生了旋涡脱落与再附。

封闭形式对大跨度煤棚风荷载影响研究

煤棚属于风敏感结构,为了控制工程安全,该文进行了风荷载研究。该文通过刚性模型测压试验,分析了风向角对典型测点和分块区域体型系数和极值风压系数的影响规律,研究了全封闭状态(两端山墙)和半封闭状态(只有一端山墙)对体型系数和极值风压系数的影响规律。研究表明:与全封闭状态相比,半封闭状态下,内压对风压分布的影响程度增大,并且当开口处于迎风区,内压为正值;当开口处于背风区,内压为负值,易引起主体风荷载在某些风向角范围内产生较大力矩,将导致分块区域的极值风荷载增大。

行业标准《屋盖结构风荷载标准》的主要内容

全面介绍了新编行业规范《屋盖结构风荷载标准》的主要内容。针对多种屋盖主体结构的风振响应计算分析和抗风设计,采用平均风压与脉动风振等效静力风压之和表达主体结构的风压标准值,提出了脉动风荷载作用下结构风振响应极值的单目标、多目标等效静力荷载表达方式;采用多目标等效静力风荷载分析方法,给出了平面桁架、张弦梁、网架、球壳、柱壳、鞍形屋盖和悬挑屋盖的风振等效风压系数图表及体型系数图表。采用围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值,规定了长/短时距的风压极值估计方法,给出了低矮房屋单坡/双坡类屋盖、四坡屋盖、中高层房屋屋盖、开敞屋盖、悬挑罩蓬的风压系数极值图表。《屋盖结构风荷载标准》引入屋盖主体结构风振等效风压系数和围护结构风压系数极值的概念,完善和发展了我国屋盖结构抗风设计的相关规定。

高铁站台雨棚表面风荷载及干扰效应研究

对一典型有站台柱高铁站台雨棚进行1∶150缩尺刚性模型测压风洞试验,研究雨棚屋面平均风压系数分布规律、上下表面风压相关性、表面脉动风压的非高斯统计特性,局部块体型系数的分布规律并与规范比较。结果表明:站台雨棚的迎风前缘测点风压相关系数小于0.5,有较高的吸力特性;气流尾流区域和站房遮挡区域测点风压为强相关,但风压较小;雨棚风压非高斯特征明显,斜风向45°时雨棚测点风压非高斯区占比高达82.9%,Hermite级数对非高斯风压测点的概率密度分布拟合效果较好;后方受干扰雨棚的迎风侧块平均风压干扰因子在0.5附近变化,背风侧块干扰因子较大但其风荷载较小;雨棚风荷载负体型系数风洞试验值(-1.16)与规范值接近,正体型系数风洞试验值为0.13。

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009—2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。

《屋盖围护结构风荷载标准》的制订依据及相关规定

为配合新编行业标准JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的推广、应用,对屋盖围护结构风荷载的制订依据及相关规定进行了介绍。在对比国内外规范风荷载条文规定的基础上,以围护结构风荷载全风向最小值和最大值作为确定其标准值的依据,引入围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值;根据风压系数时程样本的不同数量规定了风压系数极值的估计方法,对比了各国规范中封闭式低矮双坡屋盖的风压系数极值。新编标准以风荷载理论为依据制订了屋盖围护结构风荷载条文,完善和发展了我国标准的相关规定,提供了相对简单、合理的风压系数极值计算方法。