建筑對(duì)低矮建筑平屋蓋上風(fēng)壓的干擾效應(yīng)

低矮建筑通常都是成群出現(xiàn)的,周邊建筑對(duì)被包圍建筑的風(fēng)荷載存在干擾效應(yīng)。通過剛性模型表面測壓風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)被同類周邊建筑所包圍的平屋面低矮建筑表面風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行測量,分析周邊建筑的建筑面積密度、相對(duì)高度及排列方式對(duì)被包圍建筑平屋面上的最大局部負(fù)風(fēng)壓及最大屋面升力的干擾因子的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,最大局部負(fù)風(fēng)壓的干擾因子除少數(shù)周邊建筑面積密度很低或相對(duì)高度較矮時(shí)大于1.0外,多數(shù)情況下都小于1.0;所有存在周邊建筑的試驗(yàn)工況中最大屋面升力的干擾因子總是小于1.0;兩個(gè)干擾因子都隨周邊建筑面積密度的增大而減小;當(dāng)周邊建筑的相對(duì)高度小于1.0時(shí),兩個(gè)干擾因子都隨周邊建筑相對(duì)高度的增大而減小,但當(dāng)周邊建筑的相對(duì)高度大于1.0時(shí),兩個(gè)干擾因子對(duì)周邊建筑相對(duì)高度的變化不敏感。基于上述試驗(yàn)結(jié)果,將兩個(gè)干擾因子擬合成周邊建筑面積密度及相對(duì)高度的函數(shù)形式,為低矮建筑的設(shè)計(jì)提供依據(jù),為建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的修訂提供參考。

釀成災(zāi)難。欠即可造福于人類，也可以使人們辛勤的勞動(dòng)戍果毀于 ，使其熟悉肖防技術(shù)規(guī)范，按照規(guī)范施工；并要定期通報(bào)施工 度認(rèn)真負(fù)責(zé)，才能做好建筑消防設(shè)旋工程質(zhì)量工作。

周邊高層建筑可能對(duì)大跨屋蓋結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)荷載產(chǎn)生較大影響。施擾建筑相對(duì)位置對(duì)屋蓋總體受力和局部受力都會(huì)產(chǎn)生干擾效應(yīng),通過對(duì)施擾建筑處于不同干擾位置對(duì)大跨屋蓋結(jié)構(gòu)干擾效應(yīng)的研究,得出施擾建筑的最不利干擾位置。

在同濟(jì)大學(xué)tj2邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行了上海環(huán)球金融中心氣動(dòng)彈性模型的風(fēng)洞試驗(yàn),分析了距離較遠(yuǎn)且高度約為環(huán)球金融中心一半的周邊建筑以及距離較近且高度與環(huán)球金融中心相當(dāng)?shù)慕鹈髲B對(duì)環(huán)球金融中心頂部平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)平均位移、均方根位移和絕對(duì)最大加速度的干擾效應(yīng).結(jié)果表明:當(dāng)高層密集建筑群(不考慮金茂大廈)集中在上游或上游偏一側(cè)時(shí),會(huì)對(duì)平均值和均方根有一定的影響,特別是扭轉(zhuǎn)響應(yīng),當(dāng)高層密集建筑群集中在下游時(shí),影響很小;當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心的上游或上游稍偏一側(cè)時(shí),會(huì)減小環(huán)球金融中心的平動(dòng)平均位移響應(yīng),表現(xiàn)為擋風(fēng)效應(yīng),其尾流會(huì)增大環(huán)球金融中心的平動(dòng)均方根位移響應(yīng),而當(dāng)遮擋效應(yīng)使得平均或脈動(dòng)壓力在形心軸兩側(cè)分布不均時(shí)會(huì)增大轉(zhuǎn)動(dòng)平均或均方根位移響應(yīng).與以往研究不同的是,當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心下游或下游偏一側(cè)時(shí),會(huì)改變環(huán)球金融中心的漩渦脫落頻率,當(dāng)漩渦脫落頻率和結(jié)構(gòu)第一階固有頻率接近時(shí),會(huì)在該頻率振動(dòng)方向產(chǎn)生顯著的渦激共振現(xiàn)象.當(dāng)金茂大廈位于環(huán)球金融中心一側(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生狹道效應(yīng)(穿堂風(fēng)),可能會(huì)對(duì)水平和扭轉(zhuǎn)的平均和均方根位移響應(yīng)產(chǎn)生影響,視狹道方位和壓力分布狀況而定.

以2幢相鄰高層住宅建筑物為物理模型,以表征自然通風(fēng)主要?jiǎng)恿Φ娘L(fēng)壓差系數(shù)cp′為研究對(duì)象,采用計(jì)算風(fēng)工程學(xué)的方法進(jìn)行干擾效應(yīng)對(duì)自然通風(fēng)影響的研究,并對(duì)采用的數(shù)值方法進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證.研究結(jié)果表明:上游建筑物的存在對(duì)下游建筑物上的cp′值干擾作用明顯;來流方向?qū)ι嫌魏拖掠谓ㄖ锷系腸p′值影響都很大,增大來流入射角有利于建筑物上cp′值的提高;在常見的住宅建筑群建筑間距范圍內(nèi),增大建筑間距不能有效地提高受擾建筑物的cp′值.

對(duì)2個(gè)完全相同的串列方形高層建筑模型進(jìn)行了受擾建筑風(fēng)壓測量的風(fēng)洞試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,分析了施擾模型相對(duì)位置和高度變化對(duì)受擾模型局部風(fēng)壓的影響。結(jié)果顯示,高度比固定,迎風(fēng)面平均風(fēng)壓在間距比小于3時(shí)為負(fù)壓,大于3時(shí)為正壓,側(cè)風(fēng)和背風(fēng)面平均負(fù)風(fēng)壓及各個(gè)面脈動(dòng)風(fēng)壓均在間距比等于3時(shí)取得最大值。高度比變化,間距比小于3時(shí),迎風(fēng)面平均負(fù)風(fēng)壓隨高度比的增大而增大,側(cè)風(fēng)和背風(fēng)面則均在等高時(shí)取得最小值,和平均風(fēng)壓不同,迎風(fēng)、側(cè)風(fēng)面脈動(dòng)風(fēng)壓均在等高時(shí)取得最大值,背風(fēng)面在等高時(shí)取得最小值;當(dāng)間距比大于3時(shí),平均風(fēng)壓在各個(gè)面上均隨高度比的增大而減小,脈動(dòng)風(fēng)壓在迎風(fēng)和側(cè)風(fēng)面隨高度比的增大而增大,背風(fēng)面則在等高時(shí)取得最小值。

從建筑群風(fēng)效應(yīng)的角度出發(fā),運(yùn)用數(shù)值模擬方法,結(jié)合風(fēng)洞模型試驗(yàn)對(duì)群體低層四坡屋面房屋周圍的風(fēng)場及表面風(fēng)壓進(jìn)行了計(jì)算和分析,并與雙坡屋面建筑群做比較,在單體數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果有較好吻合的前提下,獲得了有相鄰建筑干擾的情況下,低層四坡屋面房屋的表面風(fēng)壓的變化規(guī)律,為群體建筑的合理建筑形式及結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

為研究超高層建筑風(fēng)致內(nèi)壓的干擾效應(yīng),在不同干擾工況下對(duì)一典型開洞超高層建筑進(jìn)行了內(nèi)壓風(fēng)洞試驗(yàn).分析了不同截面寬度、不同高度施擾建筑干擾下的平均與峰值內(nèi)壓干擾因子的分布規(guī)律,并通過功率譜分析,研究了有、無干擾建筑時(shí)脈動(dòng)內(nèi)壓的能量分布.結(jié)果表明:有、無干擾下的超高層建筑風(fēng)致內(nèi)壓近似服從高斯分布;串列布置時(shí),隨著施擾建筑與受擾建筑的截面寬度比的增大,內(nèi)壓干擾因子逐漸減小;在并列布置且側(cè)面開洞時(shí),平均與峰值內(nèi)壓均呈放大效應(yīng),且干擾因子隨著寬度比的增大而隨之增加,峰值內(nèi)壓干擾因子最大值為1.33,此時(shí)若并列間距較小時(shí),旋渦脫落共振峰值消失,但helmhohz共振峰值能量會(huì)被大幅提高;當(dāng)串列布置且施擾建筑高度與開洞所在高度相近時(shí),側(cè)面開洞受擾建筑的峰值內(nèi)壓始終被放大,峰值內(nèi)壓干擾因子最大值為1.12.

提出通過在風(fēng)洞試驗(yàn)中多通道測量剛性模型表面瞬態(tài)風(fēng)壓并進(jìn)行積分的方法研究高層建筑的動(dòng)態(tài)風(fēng)干擾。模型表面的瞬態(tài)風(fēng)壓利用多通道同步壓力測量而得到。為提高數(shù)值積分精度,測壓孔位置按高斯求積節(jié)點(diǎn)布置。設(shè)計(jì)了表面布置有測壓孔的受擾高層建筑剛性模型和三種不同高度的干擾建筑模型,研究了相同高度以及不同高度的兩個(gè)高層建筑之間的順風(fēng)向和橫風(fēng)向動(dòng)態(tài)風(fēng)干擾。借助干擾因子討論了近鄰建筑的位置、距離以及樓高對(duì)受擾建筑基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)傾覆力矩的影響規(guī)律,并與傳統(tǒng)方法所得結(jié)果作了比較。

基于流體動(dòng)力學(xué)軟件cfx10.0計(jì)算平臺(tái),采用數(shù)值模擬方法對(duì)行列式群體建筑物間的相互干擾效應(yīng)進(jìn)行模擬,研究各單體建筑表面的風(fēng)荷載平均風(fēng)壓系數(shù)干擾因子隨建筑物間距sx的變化規(guī)律,得出當(dāng)sx較小時(shí),變化規(guī)律復(fù)雜,上游建筑對(duì)下游建筑呈現(xiàn)明顯的遮擋效應(yīng),當(dāng)sx大于3b時(shí),建筑群中各個(gè)建筑表面干擾因子趨于穩(wěn)定。從風(fēng)干擾角度為中高層建筑群的設(shè)計(jì)提供參考。

采用基于rans的sst(shearstresstransport)k-ω湍流模型對(duì)不同屋面坡角下雙坡屋頂?shù)桶ㄖ谋砻骘L(fēng)壓及周圍定常風(fēng)場進(jìn)行數(shù)值模擬,深入分析了坡角對(duì)結(jié)構(gòu)周圍流場及其表面風(fēng)壓的影響.在理解建筑周圍流場結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)中美澳3國風(fēng)荷載規(guī)范中關(guān)于封閉式雙坡屋頂?shù)桶ㄖ黧w結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)定做了詳細(xì)比較.結(jié)果表明,采用sstk-ω模型結(jié)合適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件,可較準(zhǔn)確地預(yù)測結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)及周圍定常流場;分析建筑周圍流場結(jié)構(gòu)有助于理解并對(duì)比分析規(guī)范中的相應(yīng)規(guī)定.通過規(guī)范比較可知,中國規(guī)范相對(duì)簡單,美澳規(guī)范則較為詳細(xì)的考慮了屋面坡角、建筑長寬比、氣流分離及再附著等因素對(duì)風(fēng)壓系數(shù)的影響.最后,結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)論,給出中國規(guī)范相應(yīng)規(guī)定的細(xì)化建議.

研究多個(gè)主開洞的低矮建筑風(fēng)壓特性對(duì)于其抗風(fēng)意義重大,但目前此類研究有限。依托cfd數(shù)值模擬計(jì)算平臺(tái),研究單面多個(gè)主開洞和多面多個(gè)主開洞的低矮建筑的風(fēng)壓分布特性。研究典型低矮建筑在單面多主開洞和多面多主開洞時(shí),不同風(fēng)速和風(fēng)向角下的表面平均風(fēng)壓變化規(guī)律。分析得到多個(gè)開洞建筑的洞口位置、洞口數(shù)量和分布對(duì)平均風(fēng)壓系數(shù)的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)單面多個(gè)主開洞和多面多個(gè)主開洞的低矮建筑的風(fēng)壓分布特性。對(duì)于多面多個(gè)主開洞建筑,發(fā)現(xiàn)并提出"通口效應(yīng)"的存在。研究成果可為多個(gè)主開洞低矮房屋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。

基于低矮建筑表面風(fēng)壓測量風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了低矮建筑各部位風(fēng)壓系數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)特征。分析結(jié)果顯示,在迎風(fēng)墻、屋蓋上風(fēng)區(qū)和側(cè)墻上風(fēng)區(qū)以及斜風(fēng)時(shí)屋蓋某些關(guān)鍵測點(diǎn)上,風(fēng)壓系數(shù)的偏度系數(shù)和峰度系數(shù)都嚴(yán)重偏離高斯過程對(duì)應(yīng)值,表現(xiàn)出很強(qiáng)的非高斯性;在背風(fēng)墻、屋蓋下風(fēng)區(qū)和側(cè)墻下風(fēng)區(qū),盡管風(fēng)壓系數(shù)的偏度系數(shù)接近高斯過程對(duì)應(yīng)值,但峰度系數(shù)仍然偏大,風(fēng)壓系數(shù)仍然是非高斯性的。將利用峰值因子法得到的模型各測點(diǎn)上的最不利正、負(fù)風(fēng)壓系數(shù)與直接觀察法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明,峰值因子法低估了墻面上的最不利正、負(fù)風(fēng)壓系數(shù),低估了屋蓋上的最不利負(fù)風(fēng)壓系數(shù),但高估了屋蓋上的正風(fēng)壓系數(shù),估計(jì)誤差率在-37%～+120%之間。

在相鄰建筑物的干擾下,受擾高層建筑的風(fēng)荷載與其在孤立狀態(tài)下相比會(huì)有較大的變化。本文采用動(dòng)態(tài)測力天平技術(shù),通過模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究了方形截面高層建筑在周邊另一個(gè)同樣建筑的氣動(dòng)干擾下,其平均、脈動(dòng)和峰值扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載的干擾效應(yīng),分析了建筑物間距、風(fēng)場和風(fēng)向角等參數(shù)的影響。研究表明,高層建筑扭轉(zhuǎn)荷載的干擾效應(yīng)很顯著,b類風(fēng)場0°風(fēng)向角下,峰值扭矩干擾因子ifp可達(dá)2.1,45°風(fēng)向角下更可高達(dá)3.5。最后通過分析受擾模型的基底扭矩譜討論了上游建筑旋渦脫落的影響。

在tj-1風(fēng)洞中采用高頻動(dòng)態(tài)天平技術(shù)對(duì)兩個(gè)形狀相同的方形截面高層建筑模型間的橫風(fēng)向動(dòng)力干擾效應(yīng)進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí),對(duì)主模型采用氣動(dòng)彈性模型,在相同的配置下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。兩種實(shí)驗(yàn)方法所得的結(jié)果比較一致。最后應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬和推廣,給出了橫風(fēng)向動(dòng)力干擾因子的等值線圖,可供規(guī)范參考。

采用可實(shí)現(xiàn)的k-ε湍流模型,對(duì)處于b類地貌風(fēng)場中由4棟復(fù)雜體型高層建筑組成的建筑群進(jìn)行了靜力風(fēng)荷載和風(fēng)場的數(shù)值模擬,計(jì)算得出了群樓周圍的流場分布和建筑表面各測點(diǎn)的風(fēng)壓,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較表明:數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于兩個(gè)以上的復(fù)雜體型高層建筑群樓的靜力干擾研究。著重討論了復(fù)雜體型高層建筑物之間的靜力干擾效應(yīng),結(jié)果表明:串列布置時(shí),上游建筑對(duì)下游建筑的迎風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面都有影響;而并列布置時(shí),靜力干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側(cè)風(fēng)面,對(duì)相鄰建筑物的迎風(fēng)面影響很小;靜力干擾效應(yīng)隨高度有顯著的變化,尤其對(duì)高低錯(cuò)落的建筑群,表現(xiàn)為明顯的三維效應(yīng)。

研究品字形建筑群靜力干擾效應(yīng),以及受擾建筑表面風(fēng)壓系數(shù)干擾因子的空間分布,分析建筑相對(duì)位置變化對(duì)靜力干擾效應(yīng)的影響.結(jié)果表明,建筑物串聯(lián)布置且間距較小時(shí),遮擋效應(yīng)明顯;建筑間斜列布置時(shí),靜力干擾效應(yīng)減弱;建筑間并列布置時(shí),容易發(fā)生狹縫效應(yīng).對(duì)于成品字形建筑群,下兩建筑對(duì)上一建筑的干擾效應(yīng)具有遮擋效應(yīng)又有狹縫效應(yīng).受擾建筑表面風(fēng)壓的干擾因子,其分布沿高度和寬度的不同位置而變化顯著.

制作了縮尺比為1∶200的泉州中蕓洲海景花園9棟高層建筑的剛性模型,在其外表面布置足夠的測點(diǎn)進(jìn)行了同步測壓風(fēng)洞試驗(yàn)。試驗(yàn)得到了該9棟高層建筑表面的平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)。利用風(fēng)洞試驗(yàn)得到的風(fēng)荷載數(shù)據(jù),研究了該9棟建筑的風(fēng)致響應(yīng),包括位移和加速度響應(yīng)。結(jié)果表明:左右或下游建筑的影響可能會(huì)增大上游建筑的背風(fēng)面"吸力";泉州中蕓洲海景花園9棟高層建筑相互干擾效應(yīng)主要表現(xiàn)為"遮擋"效應(yīng),其頂部加速度響應(yīng)均小于規(guī)范限值,能滿足人體舒適度的相關(guān)要求。

采用力天平技術(shù),用風(fēng)洞試驗(yàn)方法研究了5種不同高度和寬度比的一個(gè)和兩個(gè)施擾建筑物在不同間距和地貌條件下對(duì)受擾建筑的靜力干擾影響。分析中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)分析等方法對(duì)不同影響因素進(jìn)行分析和對(duì)比,采用了一種比較簡潔的方式,描述三個(gè)建筑物間的風(fēng)致干擾特性,解決了三個(gè)建筑物的靜力干擾效應(yīng)難以表示的難點(diǎn)。結(jié)果顯示:對(duì)于順風(fēng)向靜力干擾而言,干擾因子基本都小于1,呈現(xiàn)遮擋效應(yīng)。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn),由于狹管效應(yīng),處于并列布置時(shí)的某些配置的最大干擾因子值可高達(dá)12,即此時(shí)結(jié)構(gòu)在受擾后的平均荷載有可能比其孤立狀態(tài)增加20%。一般情況下,遮擋效應(yīng)隨施擾建筑物的寬度的增大而增大,但狹管效應(yīng)也會(huì)隨之增強(qiáng)。高度比小于05的施擾建筑的影響可以忽略不計(jì),對(duì)干擾效應(yīng)有較明顯影響的高度比在05～10之間,高度比超過此范圍的建筑物的遮擋影響基本和高度比為1的一致,但狹管效應(yīng)則會(huì)更為明顯。

首先采用測力天平模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究了2棟高層建筑間的靜力干擾效應(yīng),得到2個(gè)相同的方形截面建筑在不同相對(duì)位置時(shí)的靜力干擾因子fm.然后基于fluent6平臺(tái)采用rng(renormalizationgroup,重整化群理論)κ-ε湍流模型,計(jì)算了d類地貌風(fēng)場中2棟高寬比均為6的方形高層建筑模型(10cm×10cm×60cm)在串列、并列和偏置狀態(tài)下的靜態(tài)三維流場和風(fēng)荷載;并與風(fēng)洞試驗(yàn)得到的靜力干擾因子進(jìn)行了比較.結(jié)果表明,數(shù)值模擬方法是研究建筑物靜力干擾效應(yīng)的一種有效途徑,相對(duì)于試驗(yàn)方法,數(shù)值模擬更具有優(yōu)勢.

采用可實(shí)現(xiàn)的k-ε湍流模型,對(duì)處于b類地貌風(fēng)場中復(fù)雜體型的雙塔建筑進(jìn)行了風(fēng)荷載和風(fēng)場的數(shù)值模擬,計(jì)算得出了建筑周圍的流場分布和建筑表面各測點(diǎn)的風(fēng)壓,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較表明,數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于復(fù)雜體型的雙塔建筑的靜力干擾研究。著重討論了雙塔建筑物之間的狹縫效應(yīng),結(jié)果表明,并列布置時(shí),干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側(cè)風(fēng)面,對(duì)相鄰建筑物的迎風(fēng)面影響很小,干擾作用的大小與建筑物的間距有關(guān)。

在風(fēng)洞中用高頻動(dòng)態(tài)天平研究了兩個(gè)高層建筑間的風(fēng)致干擾效應(yīng)。通過分析上游施擾模型的尾流和動(dòng)態(tài)天平試驗(yàn)中受擾模型的基底彎矩譜,得到了上游建筑的旋渦脫落、上游建筑對(duì)受擾建筑自身渦脫特性的影響以及上游建筑尾流中紊流的增強(qiáng)這三種因素是建筑物風(fēng)致動(dòng)力干擾效應(yīng)的機(jī)理。最后分析了風(fēng)場對(duì)動(dòng)力干擾效應(yīng)的影響。