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批准号 |
50778072 |
项目名称 |
台风作用下低矮建筑物风荷载的实测研究 |
项目类别 |
面上项目 |
申请代码 |
E0810 |
项目负责人 |
李正农 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
湖南大学 |
研究期限 |
2008-01-01 至 2010-12-31 |
支持经费 |
34(万元) |
本项目主要研究构建一套能够满足低矮建筑物风荷载和复杂地貌的近地面风场状况实测研究需要、同原型尺寸基本相当、可移动的的模型房屋及测试系统。在台风登陆时将该系统布置在台风登陆地区开展实测研究,变被动的等待台风登陆为主动的寻找台风,创造开展实测研究的机会。重点研究强台风时近地面风场状况(风速剖面、湍流度剖面、功率谱等)和低矮房屋风荷载状况,获得具有工程意义和科学价值的实测数据。将近年来迅速发展的新方法和新技术应用于实测系统的建造和实测数据的分析,以获得更加准确和可靠的实测数据,发现低矮建筑物风效应的典型性特征。将现场实测、风洞试验、数值模拟等研究手段结合起来开展低矮建筑物抗风问题的研究,挖掘不同研究手段所获得结果的相似性特征,检验风洞实验和数值模拟方法的准确性和可靠性,进一步的改进风洞实验和数值模拟方法。提出在台风作用下低矮建筑物的等效风荷载确定的新方法,为低矮建筑物的抗风设计提供可靠的依据。 2100433B
中国规定的基本风压w0 以一般空旷平坦地面、离地面10米高、风速时距为10分钟平均的最大风速为标准,按结构类别考虑重现期(一般结构重现期为30年,高层建筑和高耸结构为50年,特别重要的结构为100年)...
对建筑的影响是使建筑产生侧向变形,风大时产生振动,(主要是对高层建筑的影响)。主要由基本风压,风压高度变化系数,风荷载体形系数,风振系数。这些系数和所在地的风的大小,建筑高度,建筑的外形,和地区粗糙度...
风荷载计算时采取的结构基本周期应回代,使风荷载的计算更准确。一般采用平动第一周期乘周期折减系数回代填入计算。
风荷载作用下结构侧向变形限值的研究
风荷载作用下的层间位移角作为高层建筑结构控制参数对设计的经济性有着重要的影响,但不同国家及地区规范对层间位移角控制却不尽相同。世界各地的高层建筑在各自的规范控制下正常发挥使用功能,说明各规范的层间位移角限值均在合理的范围内。针对不同高度的框架结构、框-剪结构、剪力墙结构和框-筒结构在风荷载作用下的层间位移角,取相同结构尺寸、场地条件和风速,将中国大陆地区规范与欧洲、美国、澳新、日本、中国台湾地区和中国香港地区等规范进行分析对比。对于框架结构,发现欧洲、美国、澳新和中国大陆地区规范要求较严格,日本、中国台湾地区和中国香港地区规范要求较宽松;对于以剪力墙为主要抗侧力构件的结构,中国大陆地区规范要求最严格。按中国大陆地区和中国香港地区规范分别对位于中国香港地区的建筑进行计算和设计,并对其结果进行分析对比,发现中国大陆地区规范要求更严格。根据分析结果,建议中国大陆地区不区分结构形式与高度,将风荷载作用下的结构层间位移角限值定为1/450。
建筑物风荷载测量技术与动态响应的研究
风荷载是建筑物的主要侧向控制荷载,测量风荷载及预测建筑物风响应是工程需要。利用高频天平能够测量建筑物静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应,这是一种有待广泛推广的新技术。作为技术研究,在1.4m×1.4m风洞中利用一台五分量高频天平获得了两个模型在不同流动状态大气边界层中的广义力谱,计算了相应高层建筑的动态响应,并与国际ESDU风工程计算作了比较,对试验结果的可靠性进行了分析。
我国沿海地区每年由于台风袭击造成大量人员伤亡和经济财产损失,其中低矮房屋在风灾中破坏所造成的损失超过风灾总损失的半数,改善建筑物外形是解决低矮房屋抗风问题的最有效途径。现场实测是研究结构风效应最直接和最可靠的研究手段,也日益成为结构抗风研究中非常重要的基础性和长期性的方向。为掌握我国东南沿海地区低矮房屋风荷载的作用机理,同时为建筑抗风设计提供依据,本课题组在上海浦东近海岸边建造了一座坡角可调的足尺低矮房屋及一座40米高测风塔,用于对该地区强风作用下近地风场特性以及结构屋盖风压特性进行研究,主要工作包括:(1)近地台风特性实测。基于季风以及2011年两次不同强度的台风“梅花”和“米雷”影响下的近地风实测数据,对上海沿海地区的近地台风特性进行了研究,研究了平均风速和风向、湍流度、阵风因子、峰值因子、湍流积分尺度和脉动风速功率谱等随高度的变化规律。(2)低矮房屋屋面风压实测研究。本实测项目是国内首个固定式低矮建筑现场实测研究项目,其最大特点是屋盖坡角可以在0~35°之间自由调节,可方便研究不同坡角对屋面风压的影响。基于该实测基地,对低矮建筑屋盖表面风压特性进行了详细的实测研究,得到了一系列实测结果,并与风洞试验结果进行对比。(3)实测屋面风压的概率特性研究。通常的风压极值估计方法均仅针对于风洞试验数据。基于屋面风压现场实测数据,首先分析了良态气候条件下低矮房屋屋面表面风压概率特性,然后探讨了各种极值计算方法对实测风压极值估计的可靠性,并对屋盖表面脉动风压的非高斯特性以及偏度和峰度等相关内容进行了系统的研究。(4)双坡屋面低矮建筑气动抗风措施现场实测研究。基于实测基地对低矮建筑模型的现场实测,研究了在屋面上架设0.3m高整长单侧板和0.3m高0.5m边长转角板,以及屋面边缘分离板三种不同形式的构造后,屋面平均风压系数和脉动风压系数的变化。研究发现这三种措施均能在一定程度上降低迎风屋面的风压。(5)低矮建筑屋面风荷载风洞试验研究及规范化应用。通过对11个坡度、3个高深比和3个宽深比的总共99个低矮建筑进行刚性模型风洞测压试验,给出计算屋面主体结构分区平均风压系数和围护结构分区最不利负风压系数,最后参照国外规范给出了中国建筑结构荷载规范计算屋面主体结构分区平均风压系数和围护结构分区最不利负风压系数的建议值。 2100433B
采用现场实测、风洞试验和LBM模拟,研究近海山地区域的风场与低矮房屋风荷载。本项目拟在我国近海的3种典型山区地貌上,以既有典型2-7层低矮民宅和拟研制的1套可移动式2层足尺实验房为试验对象,建立近海山地风场和低矮房屋风荷载的现场实测基地、并进行实测,获取台风作用下近海山地的风场和低矮房屋风荷载特性。接着通过开展低矮房屋风荷载的风洞试验和LBM模拟研究,结合分形等数据分析方法,将现场实测结果与风洞试验和LBM模拟结果进行对比分析,根据总结出的相关规律和特征改进风洞试验和LBM模拟方法,以提高风洞试验和LBM模拟的准确性,并以此解决低矮建筑物风荷载研究的一些重要基础性问题,澄清一些目前尚不清楚的认识,为此类结构的抗风设计和以后规范中相关条文的修改、增加积累数据和提供参考。本项目成果对于提高我国近海山地区域低矮房屋的抗风能力、减轻风灾损失、提高城乡建设规划和低矮房屋建设的技术水平具有重大价值。
低矮房屋在风灾中破坏所造成的损失超过风灾总损失的半数,改善建筑物外形是解决低矮房屋抗风问题的最有效途径。通过对不同屋面坡脚的足尺低矮房屋风荷载和近地风特性的现场实测及风洞试验,深入研究各种坡脚低矮房屋的风荷载分布特征,并获得沿海地区近地风场的平均风和脉动风特性;结合相同外形低矮房屋的现场实测数据和风洞试验结果进行对比,分析影响低层建筑风洞模型试验结果精度的因素,改进风场模拟技术和风洞试验方法;深入分析各种屋檐构造特征(女儿墙、挑檐和檐口形状等)对低矮房屋风荷载的影响,提出有效的抗风措施;研究屋面关键部位(角部、边缘和屋脊)的脉动压力概率分布特性,提出峰值压力的合理估算方法;在上述研究的基础上,深入认识低矮房屋的风荷载作用机理和破坏机理,提出适合我国的低矮房屋抗风设计方法,提高我国沿海强台风区低矮房屋的抗风能力,显著减轻风灾损失。