非均勻地形的低矮建筑物風(fēng)荷載干擾效應(yīng)研究項目摘要

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(fēng)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(fēng)場和低矮建筑物風(fēng)荷載的影響機理，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。通過風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)設(shè)計方法。

低矮建筑房屋高度低，風(fēng)荷載易受到周圍建筑物的干擾效應(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。本項目通過風(fēng)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(fēng)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(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(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(fēng)荷載的影響規(guī)律，高層建筑物對低矮建筑物的風(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，距離較近時出現(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，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，影響越顯著。 2100433B

本項目主要研究構(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)場狀況實測研究需要、同原型尺寸基本相當(dāng)、可移動的的模型房屋及測試系統(tǒng)。在臺風(fēng)登陸時將該系統(tǒng)布置在臺風(fēng)登陸地區(qū)開展實測研究，變被動的等待臺風(fēng)登陸為主動的尋找臺風(fēng)，創(chuàng)造開展實測研究的機會。重點研究強臺風(fēng)時近地面風(fēng)場狀況（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(zhǔn)確和可靠的實測數(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)場實測、風(fēng)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(fēng)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(fēng)洞實驗和數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性，進一步的改進風(fēng)洞實驗和數(shù)值模擬方法。提出在臺風(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)計提供可靠的依據(jù)。 2100433B

采用現(xiàn)場實測、風(fēng)洞試驗和LBM模擬，研究近海山地區(qū)域的風(fēng)場與低矮房屋風(fēng)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(fēng)場和低矮房屋風(fēng)荷載的現(xiàn)場實測基地、并進行實測，獲取臺風(fēng)作用下近海山地的風(fēng)場和低矮房屋風(fēng)荷載特性。接著通過開展低矮房屋風(fēng)荷載的風(fēng)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(fēng)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(fēng)洞試驗和LBM模擬方法，以提高風(fēng)洞試驗和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)性問題，澄清一些目前尚不清楚的認(rèn)識，為此類結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)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(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)水平具有重大價值。