非均勻地形的低矮建筑物風(fēng)荷載干擾效應(yīng)研究結(jié)題摘要

低矮建筑房屋高度低，風(fēng)荷載易受到周?chē)ㄖ锏母蓴_效應(yīng)影響，建筑物表面風(fēng)壓分布與單體建筑物存在較大區(qū)別。本項(xiàng)目通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，針對(duì)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(kāi)展干擾效應(yīng)研究；針對(duì)平屋面低矮建筑群，系統(tǒng)研究了風(fēng)向、間距等對(duì)2個(gè)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(fēng)荷載干擾效應(yīng)影響規(guī)律，給出了屋面平均風(fēng)壓和極值風(fēng)壓系數(shù)的干擾因子變化規(guī)律，建筑群角部建筑物風(fēng)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(dòng)模式的界限，阻力系數(shù)曲線在不同流動(dòng)模式間距界限處出現(xiàn)跳躍性變化，建筑物表面風(fēng)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(fēng)荷載變化規(guī)律，建筑物之間距離較近時(shí)干擾效應(yīng)受非均勻地形影響比建筑物間距較大時(shí)的影響更為顯著；研究了高層建筑對(duì)低矮建筑物風(fēng)荷載的影響規(guī)律，高層建筑物對(duì)低矮建筑物的風(fēng)壓特性影響顯著，當(dāng)?shù)桶ㄖ镂挥诟邔咏ㄖ镉L(fēng)上游時(shí)，距離較近時(shí)出現(xiàn)明顯的正壓現(xiàn)象，當(dāng)位于高層建筑物的迎風(fēng)下游時(shí)，低矮建筑物表面負(fù)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(shí)，影響越顯著。 2100433B

針對(duì)平屋面、雙坡屋面和柱狀屋面等三種典型低矮建筑物，通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的測(cè)速、測(cè)壓和流場(chǎng)粒子顯示技術(shù)，并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，研究上游遠(yuǎn)距離地形、中距離地形和近距離附近建筑物，對(duì)近地邊界層風(fēng)場(chǎng)和低矮建筑物風(fēng)荷載的影響機(jī)理，提出適合屋面風(fēng)荷載特性、考慮空間相關(guān)性折減效應(yīng)的極值風(fēng)壓計(jì)算方法，建立水平非均勻地形的近地邊界層風(fēng)速模型和典型形式單體低矮建筑物的平均與極值風(fēng)荷載模型。通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對(duì)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(zhǎng)度系數(shù)、風(fēng)向、周?chē)蓴_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(duì)建筑群周?chē)臍饬髁鲃?dòng)模式、湍流特性、建筑物表面平均和極值風(fēng)壓的影響規(guī)律，揭示地形和周?chē)ㄖ飳?duì)低矮建筑物的風(fēng)荷載干擾機(jī)理，建立考慮干擾效應(yīng)的低矮建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法。

本項(xiàng)目主要研究構(gòu)建一套能夠滿足低矮建筑物風(fēng)荷載和復(fù)雜地貌的近地面風(fēng)場(chǎng)狀況實(shí)測(cè)研究需要、同原型尺寸基本相當(dāng)、可移動(dòng)的的模型房屋及測(cè)試系統(tǒng)。在臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)將該系統(tǒng)布置在臺(tái)風(fēng)登陸地區(qū)開(kāi)展實(shí)測(cè)研究，變被動(dòng)的等待臺(tái)風(fēng)登陸為主動(dòng)的尋找臺(tái)風(fēng)，創(chuàng)造開(kāi)展實(shí)測(cè)研究的機(jī)會(huì)。重點(diǎn)研究強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)近地面風(fēng)場(chǎng)狀況（風(fēng)速剖面、湍流度剖面、功率譜等）和低矮房屋風(fēng)荷載狀況，獲得具有工程意義和科學(xué)價(jià)值的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。將近年來(lái)迅速發(fā)展的新方法和新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)測(cè)系統(tǒng)的建造和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，以獲得更加準(zhǔn)確和可靠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)低矮建筑物風(fēng)效應(yīng)的典型性特征。將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬等研究手段結(jié)合起來(lái)開(kāi)展低矮建筑物抗風(fēng)問(wèn)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(yàn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步的改進(jìn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法。提出在臺(tái)風(fēng)作用下低矮建筑物的等效風(fēng)荷載確定的新方法，為低矮建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。 2100433B

采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)和LBM模擬，研究近海山地區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)與低矮房屋風(fēng)荷載。本項(xiàng)目擬在我國(guó)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(dòng)式2層足尺實(shí)驗(yàn)房為試驗(yàn)對(duì)象，建立近海山地風(fēng)場(chǎng)和低矮房屋風(fēng)荷載的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)基地、并進(jìn)行實(shí)測(cè)，獲取臺(tái)風(fēng)作用下近海山地的風(fēng)場(chǎng)和低矮房屋風(fēng)荷載特性。接著通過(guò)開(kāi)展低矮房屋風(fēng)荷載的風(fēng)洞試驗(yàn)和LBM模擬研究，結(jié)合分形等數(shù)據(jù)分析方法，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)和LBM模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)總結(jié)出的相關(guān)規(guī)律和特征改進(jìn)風(fēng)洞試驗(yàn)和LBM模擬方法，以提高風(fēng)洞試驗(yàn)和LBM模擬的準(zhǔn)確性，并以此解決低矮建筑物風(fēng)荷載研究的一些重要基礎(chǔ)性問(wèn)題，澄清一些目前尚不清楚的認(rèn)識(shí)，為此類結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)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(xiàng)目成果對(duì)于提高我國(guó)近海山地區(qū)域低矮房屋的抗風(fēng)能力、減輕風(fēng)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(jià)值。