非均勻地形的低矮建筑物風荷載干擾效應(yīng)研究

低矮建筑房屋高度低，風荷載易受到周圍建筑物的干擾效應(yīng)影響，建筑物表面風壓分布與單體建筑物存在較大區(qū)別。本項目通過風洞實驗，并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，針對工業(yè)園區(qū)低矮建筑群和處于城市中心區(qū)的低矮建筑物等兩大類典型建筑群開展干擾效應(yīng)研究；針對平屋面低矮建筑群，系統(tǒng)研究了風向、間距等對2個相同低矮建筑物、1排3列、3排1列以及多排多列低矮建筑群的風荷載干擾效應(yīng)影響規(guī)律，給出了屋面平均風壓和極值風壓系數(shù)的干擾因子變化規(guī)律，建筑群角部建筑物風荷載放大效應(yīng)明顯，其建筑物屋面角部區(qū)域放大更為明顯，中心區(qū)域建筑物主要呈現(xiàn)遮擋效應(yīng)；給出了不同建筑群布置下，建筑物之間流動模式的界限，阻力系數(shù)曲線在不同流動模式間距界限處出現(xiàn)跳躍性變化，建筑物表面風壓也呈現(xiàn)特殊分布形式；揭示了非均勻地形條件下單體建筑物和群體建筑物的風荷載變化規(guī)律，建筑物之間距離較近時干擾效應(yīng)受非均勻地形影響比建筑物間距較大時的影響更為顯著；研究了高層建筑對低矮建筑物風荷載的影響規(guī)律，高層建筑物對低矮建筑物的風壓特性影響顯著，當?shù)桶ㄖ镂挥诟邔咏ㄖ镉L上游時，距離較近時出現(xiàn)明顯的正壓現(xiàn)象，當位于高層建筑物的迎風下游時，低矮建筑物表面負壓出現(xiàn)明顯的放大現(xiàn)象，且間距越近，高層建筑物高度越大時，影響越顯著。 2100433B

針對平屋面、雙坡屋面和柱狀屋面等三種典型低矮建筑物，通過風洞實驗的測速、測壓和流場粒子顯示技術(shù)，并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，研究上游遠距離地形、中距離地形和近距離附近建筑物，對近地邊界層風場和低矮建筑物風荷載的影響機理，提出適合屋面風荷載特性、考慮空間相關(guān)性折減效應(yīng)的極值風壓計算方法，建立水平非均勻地形的近地邊界層風速模型和典型形式單體低矮建筑物的平均與極值風荷載模型。通過風洞實驗，并結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對工業(yè)園區(qū)低矮建筑群和處于城市中心區(qū)的低矮建筑物等兩大類低矮建筑物，研究在水平均勻和非均勻地形條件下，地形粗糙度長度系數(shù)、風向、周圍干擾物分布形式、建筑物密度、低矮建筑物自身幾何形狀等參數(shù)，對建筑群周圍的氣流流動模式、湍流特性、建筑物表面平均和極值風壓的影響規(guī)律，揭示地形和周圍建筑物對低矮建筑物的風荷載干擾機理，建立考慮干擾效應(yīng)的低矮建筑物圍護結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計方法。

本項目主要研究構(gòu)建一套能夠滿足低矮建筑物風荷載和復雜地貌的近地面風場狀況實測研究需要、同原型尺寸基本相當、可移動的的模型房屋及測試系統(tǒng)。在臺風登陸時將該系統(tǒng)布置在臺風登陸地區(qū)開展實測研究，變被動的等待臺風登陸為主動的尋找臺風，創(chuàng)造開展實測研究的機會。重點研究強臺風時近地面風場狀況（風速剖面、湍流度剖面、功率譜等）和低矮房屋風荷載狀況，獲得具有工程意義和科學價值的實測數(shù)據(jù)。將近年來迅速發(fā)展的新方法和新技術(shù)應(yīng)用于實測系統(tǒng)的建造和實測數(shù)據(jù)的分析，以獲得更加準確和可靠的實測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)低矮建筑物風效應(yīng)的典型性特征。將現(xiàn)場實測、風洞試驗、數(shù)值模擬等研究手段結(jié)合起來開展低矮建筑物抗風問題的研究，挖掘不同研究手段所獲得結(jié)果的相似性特征，檢驗風洞實驗和數(shù)值模擬方法的準確性和可靠性，進一步的改進風洞實驗和數(shù)值模擬方法。提出在臺風作用下低矮建筑物的等效風荷載確定的新方法，為低矮建筑物的抗風設(shè)計提供可靠的依據(jù)。 2100433B

采用現(xiàn)場實測、風洞試驗和LBM模擬，研究近海山地區(qū)域的風場與低矮房屋風荷載。本項目擬在我國近海的3種典型山區(qū)地貌上，以既有典型2-7層低矮民宅和擬研制的1套可移動式2層足尺實驗房為試驗對象，建立近海山地風場和低矮房屋風荷載的現(xiàn)場實測基地、并進行實測，獲取臺風作用下近海山地的風場和低矮房屋風荷載特性。接著通過開展低矮房屋風荷載的風洞試驗和LBM模擬研究，結(jié)合分形等數(shù)據(jù)分析方法，將現(xiàn)場實測結(jié)果與風洞試驗和LBM模擬結(jié)果進行對比分析，根據(jù)總結(jié)出的相關(guān)規(guī)律和特征改進風洞試驗和LBM模擬方法，以提高風洞試驗和LBM模擬的準確性，并以此解決低矮建筑物風荷載研究的一些重要基礎(chǔ)性問題，澄清一些目前尚不清楚的認識，為此類結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計和以后規(guī)范中相關(guān)條文的修改、增加積累數(shù)據(jù)和提供參考。本項目成果對于提高我國近海山地區(qū)域低矮房屋的抗風能力、減輕風災(zāi)損失、提高城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃和低矮房屋建設(shè)的技術(shù)水平具有重大價值。