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在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验。根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律。风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况。
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第
38
卷第
7
期
2010
年
7
月
同济大学学报(自然科学版)
JOURNAL
OF
TONGJI
UNIVERSITYCNATURAL
SCIENCE)
Vo
1.
38
No.7
Ju
l.
2010
文章编号:
0253-374X(2010)07-0969-07
DO
I:
10. 3969/j. issn. 0253-374x. 2010.
07.005
不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析
顾
明
1
李方恙
1
,
2
,潘钧俊1,
3
张爱社
1
(1同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海
200092;
2
黑龙江大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨
150080;
3.
上海现代建筑设计(集团)有限公司,上海
20004
1)
摘要:在
B
类和
D
类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型
索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风
压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉
动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋
盖表面脉动风压功率
i
普及风压时程的对比分析,考察底部开
敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风
压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场
的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集
中在折减频率小于
0.3
范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风
压的高频段能量高于底部封闭情况.
关键词:鞍型屋盖;风洞试验;脉动风压;功率谱
中图分类号:
TU312.1
文献析、识码
:A
Fluctuating
Wind
Pressure
Characteristics
on
Saddle
Roof
with
and
Without
Enclosed
Wall
Under
Different
Terrain
Conditions
GU
Ming
1
,
LI
FIα
忧
ghui
1
,
2
,
PANJunjun
1
,3 ,
Z
出
NG
Aishe
1
(1.
StatβKey
Laboratory
for
Disaster
Reduction
in
Civil
Engineering,
Tongji
University,
Shanghai
200092
,
China;
2.
School
of
Architectural
Engineering
,
Heilongjiang
University,
Harbin
150086
,
China;
3.
Shanghai
Xian
Dai
Ar
chitectur
百
1
Design(Group)
Co.
,Lt
d.
,
Shanghai
20004
1,
China)
Abstract:
The
wind tunnel tests on rigid models of saddle
shape cable roofs with and without enclosed wall were carried
out in exposure categories B and
D.
The
distribution
characteristics of the fluctuating wind pressures in the two
wind fields and their relationships were investigated based on
the wind pressure data obtained from the tests. Besides
, the
influences of the enclosed walls on fluctuating wind pressure
distribution characteristics were also discussed in detail by
comparing the power spectra and time series of wind pressures
l
投稿日期:
2009
-
04
-
11
on the saddle roof model with and without the enclosed walls.
The
results indicate that the wind field category has
significant effects on the
fluctuating
飞
vind
coefficients; the
fluctuating wind distribution characteristics
are
similar to
mean wind pressure distribution; the fluctuating wind pressure
energy of saddle-shape cable roof with enclosed wall mainly
distributes in the reduced frequency range lower than
0.3
Hz,
but fluctuating wind pressure energy in high frequency range
of saddle-shape cable roof without enclosed wall
is
higher than
that of saddle-shape with enclosed wal
l.
Key
words:
saddle roof; wind tunnel
test;
fluctuating wind
pressure; power spectra
脉动风荷载可能导致结构振动并造成疲劳破坏,
也可能产生很大的吸力导致屋面板的倾覆破坏,因
此,脉动风压场的分析对结构的设计非常重要.低矮
屋盖由于流动分离及再附等复杂揣流特征的影响,其
表面的脉动风压分布特征非常复杂.由于屋盖风荷载
具有明显非定常性,目前的数值模拟方法难以获得令
人满意的结果,而风洞试验是较为有效的手段.
K.
Suresh
Kumar
等人研究了在
A
类和
B
类两
种风场条件下低矮建筑在不同位置的风压谱分布特
征,主要是为了确定它们的形状特征并给出合适的
分析模型.研究表明,虽然不同条件下风压语不同,
但是,经过规格化处理后风压语在很多情况下具有
一致性[1]
F.
Wu
等人利用原型建筑实测确定风作
用下平屋盖角部表面脉动压力
[2J
H.
He
等人利用
试验测量的数据,研究了屋盖角部区域的游涡特
征,提取出与被涡特征紧密联系的压力模态
[3J
Kawai
指出,平屋盖角部区域可能产生很大的吸力
破坏局部结构,并通过锥形涡研究,明确了局部峰
基金项目:国家创新研究群体科学基金资助项目
(50621062);
上海市科委科技支撑计划资助项目
(08dz0580300)
;国家自然科学基金资助
项目
(50678122);
国家自然科学青年基金资助项目
(50908077)
作者简介:顾
明(1
957
),男,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为结构抗风、数值风洞及结构振动控制
E-mail:
minggu@tongji.edu.cn
970
同济大学学报(自然科学版)
第
38
卷
值吸力特征及产生原因,提供了一些有效控制措
施
[4J
但这些工作主要针对体型比较规则的低层建
筑(包括民居、厂房等)
,对体型更加复杂的鞍型索
网结构的脉动风压场研究较少,欠缺细致的分析.
文献
[5J
分析了典型鞍型索网结构表面平均风
压分布特性,主要集中研究鞍型屋盖脉动风压特性,
利用风洞试验同步测量的风压数据,分别考察
B
类
和
D
类风场条件下底部开敞和封闭的鞍型屋盖脉动
风压分布特性,主要分析脉动风压系数分布特征及
风压时程、功率
i
普.
凤洞试验
试验在同济大学土木工程防灾国家重点实验
室
TJ-2
大气边界层风洞中进行.鞍型索网屋盖原
型尺寸为:对角线长度为
40
m
,鞍型屋盖低点高度
为
6
m
,高点高度为
16
m.
鞍型屋盖风洞试验模型
分为底部开敞和封闭两种.模型几何缩尺比为
1/50.
在模型内外表面上,各布置
81
个对应的测压
点,测点布置如图
1
所示.图中,
L
和
H
分别表示鞍
型曲面的低点和高点.在我国规范规定的代表两类
地面粗糙度类别的
B
类和
D
类风场条件下,分别对
缩尺模型进行风洞试验.图
2
为
B
类风场条件下底
部开敞鞍型屋盖风洞试验模型
.B
类和
D
类风场条
件下的风速剖面和揣流度
Iu
分布如图
3
所示.图
中对风速
U
、高度
z
均作了量纲一化处理.采用
DSM3000
同步多点电子扫描系统,同步测量内外
表面的风压时程,试验采样频率为
312.5
Hz;
测压
管路长度。
.8
m
,采用文献
[6J
的方法,修正测压管
路风压.
H
/
F\
〈二
总
1
21
111
3
1]1
110
12
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900
风向
图
1
测压点布置图
Fig.
1
Arrangement
of
pressure
taps
图
2
凤洞试验模型
Fig.2
Wind
tunnel
model
ι
1%
o
10
20
30
40
50
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1.
0
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民
b
D
类
图
3
B
类和
D
类地貌凤速剖面和浦流度分布
Fig.3
Profiles
of
the
turbulence
intensity
and
mean
wind speed
in
terrain
category
B
and
D
2
脉动凤压系数分布特征
利用刚性模型风洞实验,同步测量鞍型屋盖上
下表面的风压时程数据,获得
B
类和
D
类风场条件
下鞍型屋盖脉动风压系数分布.分析过程中考虑了
上下表面脉动风压的共同作用,研究上下表面合成
脉动风压系数分布的影响规律.
定义第
i
点的脉动风压系数为
Gpi.
r=
=
J
主
(G
阴阳
/N
ω
式中
:N
为样本数
;
Gpi
为
i
点风压系数的平均值,计
算
j
个样本点的风压系数
Gpij
时,考虑了上下表面的
风压差.
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