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书书书 第3 2卷 第2期 空气动力学学报 V o l . 3 2,N o . 2 2 0 1 4年0 4月 犃 犆 犜 犃犃 犈 犚 犗 犇 犢 犖 犃犕 犐 犆 犃犛 犐 犖 犐 犆 犃A p r .,2 0 1 4 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟 文章编号0 2 5 8 1 8 2 5(2 0 1 4)0 2 0 2 6 4 0 8 台风“ 凡亚比” 作用下超高层建筑风压特性的 现场实测与风洞试验对比研究 史文海1 ,2,李正农2,罗叠峰2 (1.温州大学 建筑与土木工程学院,温州 3 2 5 0 3 5; 2.湖南大学 建筑安全与节能教育部重点实验室,长沙 4 1 0 0 8 2) 摘 要 为研究台风作用下我国沿海地区超高层建筑表面的风压特性, 于2 0 1 0年在台风“ 凡亚比” 登陆前后对厦门 沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压状况进行了同步监测, 并开展了建筑模型风洞试验, 获得了超高层建筑 表面的实测瞬时风压、 平均风压、 平均风压系数和脉动风压系数的相关特性和分布规律。现场实测与风洞试验的 对比研究表明 现场实测和风洞试验所揭示出的超高层建筑表面风压特性及其随风向角的变化规律基本一致; 迎 风面平均风压系数的现场实测值明显大于风洞试验结果, 而背风面和侧风面平均风压系数的现场实测值与风洞试 验结果相差较小。 关键词 高层建筑; 台风观测; 风洞试验; 风压特性; 风压系数 中图分类号TU 9 7 3. 2 1 3;TU 3 1 7. 1;TU 3 1 7. 2 文献标识码A 犱 狅 犻1 0. 7 6 3 8/k q d l x x b 2 0 1 2. 0 0 9 3 收稿日期2 0 1 2 0 6 0 6; 修订日期2 0 1 2 1 1 1 4 基金项目 国家自然科学基金重大研究计划项目(9 1 2 1 5 3 0 2) , 国家自然科学基金项目(5 1 0 0 8 2 3 7,5 1 1 7 8 1 8 0) , 浙江省自然科学基金项目 (Y 1 2 E 0 8 0 0 5 1) 作者简介 史文海(1 9 7 9 ) , 男, 湖南益阳人, 博士, 副教授, 从事风工程研究. E m a i lw h s h i @1 2 6. c o m 引用格式 史文海,李正农,罗叠峰.台风“ 凡亚比” 作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究[J].空气动力学学报, 2 0 1 4,3 2(2) 2 6 4 2 7 1. d o i1 0. 7 6 3 8/k q d l x x b 2 0 1 2. 0 0 9 3. S H IW H,L IZN,L UODF. C o m p a r i s o no f f i e l dm e a s u r e m e n t a n d w i n dt u n n e l t e s to fw i n dp r e s s u r e c h a r a c t e r i s t i c so v e r s u p e r t a l l b u i l d i n gd u r i n g t h ep a s s a g eo f t y p h o o nF a n a b i[J]. A C TAA e r o d y n a m i c aS i n i c a,2 0 1 4,3 2(2) 2 6 4 2 7 1. 0 引 言 东南沿海是我国经济最发达的区域, 有大量的超 高层建筑。近年来随着该地区的人口和社会财富的 迅速增加, 以及高层建筑的材料与设计理念的创新, 该地区的高层建筑正朝越来越多、 越来越高和越来越 柔的方向发展。由于超高层建筑结构的自振频率较 低, 恰位于台风动荷载的主要频率范围或与其接近, 在强/台风的作用下其风致响应较大, 成为影响该地 区超高层建筑安全性和适用性设计的关键控制指标。 因此, 超高层建筑的风荷载作用问题受到了学术界和 工程界极大的关注和重视。 近年来, 国内外许多学者开展了较多的超高层建 筑风荷载特性的风洞试验研究, 如文献[ 1 6] 所做的 工作。风洞试验方法可根据试验目的进行多次重复 试验, 便于多工况、 多层次开展深入细致的研究, 是风 工程研究的主要手段。 现场实测是获得超高层建筑风效应状况最可靠 的方法, 风洞试验、 理论分析和数值模拟得出的结果, 最终还是要通过现场实测进行验证, 现场实测结果也 是改进其他研究方法的依据和参照。因此, 积极开展 现场实测研究具有非常重要的意义。在国外, L e e [7]、 O h k u m a [8]、 K a n d a [9]等对高层建筑进行了较多的现 场实测研究, 在高层建筑风压分布特性和风致响应等 方面获得了许多成果。在国内, 李秋胜[ 1 0]、 徐安[1 1]、 顾明[ 1 2]和申建红[1 3]等通过大量观测研究, 获得了我 国沿海超高层建筑的强/台风风场特性和结构风致响 应特征等成果。然而, 目前国内外对于台风作用下超 高层建筑表面风压的现场实测研究仍然匮乏, 目前国 内已开展的大量高层建筑风洞试验也没有与现场实 测进行对比研究。 为此, 本文基于2 0 1 0年台风“ 凡亚比” 作用下厦 门沿海某超高层建筑表面风压的现场实测, 与2 0 1 1 年在湖南大学HD 3大气边界层风洞中开展的该实 验楼的风洞模型试验进行了对比研究, 探讨了台风作 用下超高层建筑表面的风压特性及其变化规律。 1 现场实测概况 1. 1 实验楼概况 实验楼为厦门市东海岸的观音山营运中心1 1号 书书书 楼, 离海边约4 0 0 m, 建筑东面无任何阻挡, 附近高层 建筑较少, 视野开阔。该楼为该海岸附近最高建筑, 共3 7层, 高1 4 6 m。图1为该实验楼及其周边环境。 图1 实验楼及其周围环境 犉 犻 犵 . 1 犜 犲 狊 狋犫 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犪 狀 犱 犻 狋 狊 狊 狌 狉 狉 狅 狌 狀 犱 犻 狀 犵犲 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 在本次实测过程中风主要从东海一侧吹向实验 楼( 东偏东南风) , 实验楼位于高层建筑群的最东侧( 1 台风速仪亦架设在实验楼的最东侧) 且明显高于该区 域内的其他建筑, 如图1所示, 分析可知实测获得的 台风风场基本上没有受到周围建筑的影响。所以, 本 次实测获得的直接从海面吹来且未受周围环境干扰 的台风风场和建筑表面风压数据极为可贵, 对超高层 建筑的风场和风压特性研究具有重要的科学意义。 1. 2 实测仪器介绍 采用C Y 2 0 0 0型风压传感器测试建筑表面的风 压, 如图2( a) 所示。在大楼的东南和西北角各安装 了1台RM.Y o u n g0 5 1 0 3 V型机械式风速仪( 如图 2 b) 进行风场观测, 风速仪离地高度约1 5 0 m。通过 同一台电脑控制两套3 2和6 4通道高精度动态数据 采集分析系统, 同步对2台风速仪的风速和风向角数 据、 1 8台风压传感器的风压数据和6个楼层共1 2台 拾振器的结构响应数据进行了同步采集。 1. 3 实测概况 为获得超高层建筑表面的风压特性及其分布规 律, 在实验楼的第3 3层四周玻璃幕墙外表面同时布 置了1 8个风压测点。试验中有1个测点的风压传感 器发生故障, 有2个测点的数据异常, 故有效测点数 为1 5个。有效测点平面布置如图3所示。 2 0 1 0年第1 1号台风“ 凡亚比” 于9月2 0日7时 在福建省漳州市漳浦县沿海登陆, 登陆地点距试验点 约9 5 k m, 登陆时最大风力1 2级( 3 5 m/s) , 中心最低 气压为9 7 k P a。在2 0日5时台风中心距实验楼最 近, 约为6 0 k m。于9月2 0日利用上述实测系统开展 了超高层建筑风场、 风压和风致响应的同步实测, 其 中风压信号采样频率为2 0 H z, 风场和结构响应信号 采样频率为2 5. 6 H z。实测获得了台风“ 凡亚比” 登陆 前后约3小时1 2分钟( 0 44 14 7至0 75 32 7) 的风 场、 风压和结构风致响应时程。 (a)C Y 2 0 0 0型风压传感器 (b)安装于实验楼顶的RM. Y o u n g0 5 1 0 3 V风速仪 (c)数据采集现场 图2 现场实测仪器 犉 犻 犵 . 2 犘 犺 狅 狋 狅 狊狅 犳 犳 犻 犲 犾 犱犿 犲 犪 狊 狌 狉 犲 犿 犲 狀 狋 犻 狀 狊 狋 狉 狌 犿 犲 狀 狋 狊 图3 建筑平面与风压传感器测点布置图( 单位犿) 犉 犻 犵 . 3 犜 狅 狆狏 犻 犲 狑犪 狀 犱 犾 狅 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊狅 犳 狋 犺 犲狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲 狊 犲 狀 狊 狅 狉 狊 2 风洞试验概况 2. 1 试验模型及风场模拟 为模拟实测环境, 将实验楼的两幢相邻高层建筑 在风洞试验中予以考虑。测压模型的几何缩尺比为 1∶2 0 0, 模型试验以实验楼为中心, 进行群体风洞试 验, 如图4所示。 试验在湖南大学风洞实验室的HD 3大气边界 层风洞中开展。按我国G B5 0 0 0 9 2 0 0 1 建筑结构荷 载规范 [1 4], 实验楼所处场地属于 A类地貌, 地面粗 糙度指数取犪=0. 1 2。采用大气边界层模拟装置尖 塔和粗糙元模拟犪=0. 1 2的湍流场, 并参考实验楼实 562 第2期 史文海等台风“ 凡亚比” 作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究 测风场湍流特性, 模拟出平均风速( 犝) 剖面和湍流度 ( 犐 狌) 剖面, 如图5所示。 图4 实验楼及其周边建筑的风洞试验模型 犉 犻 犵 . 4 犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犿 狅 犱 犲 犾 犪 狀 犱 犻 狋 狊 狊 狌 狉 狉 狅 狌 狀 犱 犻 狀 犵犲 狀 狏 犻 狉 狅 狀 犿 犲 狀 狋 图5 平均风剖面和湍流度剖面 犉 犻 犵 . 5 犕 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱狊 狆 犲 犲 犱狆 狉 狅 犳 犻 犾 犲犪 狀 犱狋 狌 狉 犫 狌 犾 犲 狀 犮 犲 犻 狀 狋 犲 狀 狊 犻 狋 狔狆 狉 狅 犳 犻 犾 犲 2. 2 测点布置与数据采集 测压模型总共布置了1 5个测点层,2 4 6个测点。 本试验的重点是为了对比现场实测楼层处的风压系 数, 故在试验模型的对应位置布置了测点层, 且在其 上下测点层测点布置也较密, 即在第3 2层、 3 3层( 现 场实测层) 、 3 4层各层布置了2 2个测点, 并尽量和现 场实测的测点布置位置相同。其他楼层每层只布置 了1 5个测点, 但每层所有测点的位置均一样。现场 实测层( 第3 3层) 测点编号及布置如图6所示。 风洞试验采样频率为3 1 2. 5 H z, 每个测点采样样 本总长度为1 0 0 0 0个数据。以现场实测得到的风向 角数据为参考, 并结合当地的主导风向, 在0 ~9 0 之 间选取了2 4个风向角进行同步测压试验。风洞试验 风向角示意图如图7所示。 图6 测点布置图 犉 犻 犵 . 6 犃 狉 狉 犪 狀 犵 犲 犿 犲 狀 狋 狊狅 犳 狋 犲 狊 狋狆 狅 犻 狀 狋 狊 图7 风洞试验风向角示意图 犉 犻 犵 . 7 犠 犻 狀 犱犱 犻 狉 犲 犮 狋 犻 狅 狀 狊狅 犳狑 犻 狀 犱狋 狌 狀 狀 犲 犾 狋 犲 狊 狋 3 实测风速风向角 选取2 0 1 0年9月2 0日实测获得的台风“ 凡亚 比” 登陆前后约3小时1 2分钟的风场数据( 如图8) 进行分析, 相应的计算公式见文献[ 1 5] 。实测风向角 定义北风为=0 , 南风为=1 8 0 , 依此类推, 如图3 所示。由图8可以看出台风“ 凡亚比” 风场的脉动较 大, 风速基本在1 0~3 0m/s范围内, 其中瞬时风速最 大值为3 3. 4m/s, 风向角基本在9 0 ~1 4 0 范围内。 图9给出了台风“ 凡亚比” 的1 0 m i n平均风速 ( 犝1 0) 、风 向 角 时 程。 其 中 总 体 平 均 风 速 为 1 9 . 5 0m/s, 平均风向角为1 1 4 . 6 ,1 0 m i n平均风速最 大值为2 4 . 9 6 m/s, 1 0 m i n平均风向角为东偏东南向。 图8 风速、 风向角时程 犉 犻 犵 . 8 犜 犻 犿 犲 狊 犲 狉 犻 犲 狊狅 犳狑 犻 狀 犱狊 狆 犲 犲 犱犪 狀 犱狑 犻 狀 犱犱 犻 狉 犲 犮 狋 犻 狅 狀 图9 1 0 犿 犻 狀平均风速、 风向角时程 犉 犻 犵 . 9 犜 犻 犿 犲 狊 犲 狉 犻 犲 狊 狅 犳 1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱 狊 狆 犲 犲 犱犪 狀 犱狑 犻 狀 犱犱 犻 狉 犲 犮 狋 犻 狅 狀 662 空 气 动 力 学 学 报 第3 2卷 图1 0给出了1 0 m i n平均时距顺风向、 横风向湍 流度随着平均风速的变化情况。可以看出,顺风向 湍流度随着平均风速的增加呈递减趋势,而横风向 湍流度相对稳定。顺风向和横风向湍流度平均值分 别为0. 1 1 7和0. 0 8 2。 图1 0 湍流度与1 0 犿 犻 狀平均风速的关系 犉 犻 犵 . 1 0 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀狋 狌 狉 犫 狌 犾 犲 狀 犮 犲 犻 狀 狋 犲 狀 狊 犻 狋 狔 犪 狀 犱1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱狊 狆 犲 犲 犱 4 实测风压特性 4. 1 瞬时风压 图1 1给出了台风“ 凡亚比” 作用下实验楼第3 3 层玻璃幕墙外表面1 5个有效测点的风压( 狆) 变化时 程。结合图8, 从图1 1可以看出, 各测点风压脉动较 大, 尤其是在风向角变化较大的时间段内风压脉动非 常剧烈; 4个面内测点之间的脉动风压相关性较强, 如经过计算, 东南面( 面D)整个风压时程中测点1 2、 1 3、1 4、1 5之间的风压相关系数分别为0. 9 7 5、0. 8 2 8、 0. 6 7 9、0. 8 3 6、0. 6 9 0 1和0. 8 8 2。 4. 2 平均风压 在不可压低速气流下, 考虑无粘且忽略体积力的 作 用, 流动为定常的。 根据伯努利方程, 将平均风速 换算成基本风压ω 0 [1 6] ω0=1 2 ρ 犝21 0≈ 犝21 0 1 6 3 0 ( 1) 式中取重力加速度犵=9. 8 1 m/s 2, 标准大气压下的空 气容重γ=0. 0 1 2 0 1 8 k N/m 3, ρ=γ / 犵;犝1 0为风压传感 器所在高度的1 0 m i n平均风速, 按实验楼顶部测得 的风速计算得出。 图1 2给出了各测点的1 0m i n平均风压与基本 (a)东北面( 面A) 测点的风压时程 (b)西北面( 面B) 测点的风压时程 (c)西南面( 面C) 测点的风压时程 (d)东南面( 面D) 测点的风压时程 图1 1 台风“ 凡亚比” 作用下建筑表面的风压时程 犉 犻 犵 . 1 1 犜 犻 犿 犲 狊 犲 狉 犻 犲 狊狅 犳狑 犻 狀 犱狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲狅 狀狋 犺 犲 狋 犲 狊 狋犫 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犱 狌 狉 犻 狀 犵狆 犪 狊 狊 犪 犵 犲狅 犳 狋 狔 狆 犺 狅 狅 狀犉 犪 狀 犪 犫 犻 762 第2期 史文海等台风“ 凡亚比” 作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究 风压( 计算值) 变化时程, 其中基本风压由式( 1) 计算 出。对图1 2结果的分析如下 东北面A 在风向角较小的前7 0 m i n, 该面虽为 迎风面, 但风主要吹向东南面D, 靠近迎风角部测点 1、2的值均为正; 随着风向角由东转向东南, 该面基 本变为了侧风面, 测点1和2的值逐渐转为负。测点 3在该面的中部位置, 基本为负值。 西北面B 为背风面, 各测点实测值的变化规律 非常一致, 且均为较小的负值。 西南面C 为背风面, 均为负值; 角部测点1 2受 旋涡 脱 落 的 影 响, 负 压 最 大; 在 风 向 角 最 大 的 第 1 0 0 m i n~1 2 0 m i n内, 风接近垂直吹向面D, 面C基 本变为了侧风面, 受旋涡脱落再附着的影响, 致使该 面左侧测点7、 8与右侧测点9、1 0、1 1的平均风压值 和变化规律相差甚大。 东南面D 为迎风面, 值为 正 且 较 大; 该 面 前 7 0 m i n的基本风压在各测点实测值之间, 之后风接近 垂直吹向该面, 基本风压均明显小于实测值。 图1 2 1 0 犿 犻 狀平均风压实测值与理论计算结果的对比 犉 犻 犵 . 1 2 犜 犺 犲犮 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犿 犲 犪 狊 狌 狉 犲 犱1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀 狑 犻 狀 犱狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犪 狀 犱犮 狅 犿 狆 狌 狋 犪 狋 犻 狅 狀 犪 犾 狉 犲 狊 狌 犾 狋 4. 3 平均风压系数 在全尺度测量试验中, 平均风压系数定义为 珚犆狆= 狆1 0 1 2 ρ 犝2犺,1 0 ( 2) 式中狆 1 0为实测风压的1 0 m i n平均值; ρ为空气密度; 犝犺,1 0为风压传感器所在高度的1 0 m i n平均风速, 可 按实验楼顶部测得的风速计算得出。图1 3给出了各 面的平均风压系数时程。对图1 3结果的分析如下 东北面A 该面的平均风压系数时程与其平均风 压时程非常相似, 值在 1~1之间。 西北面B 该面的平均风压系数时程与其平均风 压时程非常相似, 其值基本在 0. 7以内。 西南面C 值均为负, 除了测点9和1 1的负值较 大外, 其他测点值均在 1以内。 东南面D 随着风向角由东转向东南, 风逐渐垂 直吹向该面, 其值逐渐增大, 甚至有部分值超过2; 测 点1 3位于该面内凹的阳台处, 其值较小。 总体来看, 迎风面的平均风压系数较大( 有部分 值超过2) , 迎风面迎风角部位置的平均风压系数较 中部位置的大; 背风面少数角部测点的平均风压系数 的负值较大; 随着风向角的变化, 各面内平均风压系 数的变化规律基本一致。 图1 3 平均风压系数时程 犉 犻 犵 . 1 3 犜 犻 犿 犲 狊 犲 狉 犻 犲 狊狅 犳1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狊 图1 4给出了各测点的平均风压系数随着风向角 的变化情况和分布规律。可以看出, 随着风向角的增 大, 风逐渐垂直吹向面D, 面D的平均风压系数逐渐 增大, 而面A则由迎风面逐渐变为了侧风面, 其平均 风压系数逐渐减小直至全为负值; 随着风向角的增 大, 背风面B的负值总体上较小且变化较小, 而面C ( 逐渐变成了侧风面) 的负值则逐渐增大且变化较大。 总体来看, 图1 4清晰地揭示出了建筑各面平均风压 系数随风向角的变化规律。 图1 4 不同风向角情况下各测点的平均风压系数分布 犉 犻 犵 . 1 4 犕 犲 犪 狀狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狊犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狅 犳 犲 狏 犲 狉 狔 狋 犲 狊 狋狆 狅 犻 狀 狋 狌 狀 犱 犲 狉犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋狑 犻 狀 犱犱 犻 狉 犲 犮 狋 犻 狅 狀 狊 图1 5给出了各测点平均风压系数与1 0 m i n平 均风速之间的关系。可以看出, 各面的平均风压系数 幅值随着平均风速的增大基本呈减小的趋势。 862 空 气 动 力 学 学 报 第3 2卷 图1 5 平均风压系数与平均风速之间的关系 犉 犻 犵 . 1 5 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犿 犲 犪 狀狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狊 犪 狀 犱1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱狊 狆 犲 犲 犱 4. 4 脉动风压系数 脉动风压系数犆狆r m s可定义为 犆狆r m s= 1 犜∑ 犜 犻=0 狆犻-狆 () 1 0 槡 2 1 2 ρ 犝2犺,1 0 ( 3) 式中狆 犻为实测瞬时风压;犜为平均时距, 本文取1 0 m i n。 图1 6给出了各测点的脉动风压系数时程。可以 看出, 各面的脉动风压系数时程呈现出相似的变化规 律; 迎风面和侧风面的值较大, 背风面B的值非常 小, 基本在0. 2以内。 图1 6 脉动风压系数时程 犉 犻 犵 . 1 6 犜 犻 犿 犲 狊 犲 狉 犻 犲 狊狅 犳 犳 犾 狌 犮 狋 狌 犪 狋 犻 狀 犵狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狊 图1 7给出了各测点脉动风压系数与1 0 m i n平 均风速之间的关系。可以看出, 建筑各面的脉动风压 系数随着平均风速的增大呈明显的递减趋势。 5 风洞试验与现场实测结果的对比 对风洞试验测得的风压时程数据经过统计分析, 可得到平均风压系数珚 犆狆。 建筑模型各测点的平均风 压系数可按下式计算 珚犆狆= 珚 狆 1 2 ρ 犝2狕 ( 4) 式中珚 犆狆为平均风压系数, 珚 狆为测点的平均风压,犝狕 为模型高度狕处前方来流未扰动区的平均风速。 图1 7 脉动风压系数与平均风速之间的关系 犉 犻 犵 . 1 7 犚 犲 犾 犪 狋 犻 狅 狀 狊 犺 犻 狆犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犳 犾 狌 犮 狋 狌 犪 狋 犻 狀 犵狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲 犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狊犪 狀 犱1 0 犿 犻 狀犿 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱狊 狆 犲 犲 犱 选取前述平均风压系数的实测值与该实验楼第 3 3层测点的部分风洞试验结果进行对比分析。图1 8 给出了部分风向角工况下实验楼第3 3层各面实测平 均风压系数与风洞试验结果的对比。该图中的现场 实测风向角统一换算成了风洞试验时的风向角, 现场 实测的测点编号统一换成了风洞试验的测点编号。 由图1 8结果可以看出, 在不同的风向角下, 现场 实测值的变化规律与风洞试验结果的变化规律吻合 较好, 部分测点在某些风向角下的现场实测值与风洞 试验结果亦吻合较好; 风主要从面D吹向建筑, 迎风 面D的实测值总体较风洞试验结果大许多, 而侧风 面A的现场实测值总体较风洞试验结果小; 背风面 C的现场实测值与风洞试验结果基本吻合, 背风面B 的现场实测值略大于风洞试验结果。 图1 8 平均风压系数的现场实测与风洞试验结果对比 犉 犻 犵 . 1 8 犕 犲 犪 狀狑 犻 狀 犱狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犮 狅 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋 狉 犲 狊 狌 犾 狋 犮 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀 犫 犲 狋 狑 犲 犲 狀犳 犻 犲 犾 犱犿 犲 犪 狊 狌 狉 犲 犿 犲 狀 狋 犪 狀 犱狑 犻 狀 犱狋 狌 狀 狀 犲 犾 狋 犲 狊 狋 962 第2期 史文海等台风“ 凡亚比” 作用下超高层建筑风压特性的现场实测与风洞试验对比研究 图1 8结果表明, 风洞试验和现场实测揭示出的 超高层建筑表面平均风压系数的分布特征及其随风 向角的变化规律基本一致, 证明了采用风洞试验开展 高层建筑风荷载试验的有效性。但是, 风洞试验的迎 风面结果低估了实际风荷载的作用( 其原因有待进一 步研究) , 会对超高层建筑的安全性和适应性设计造 成不利的影响。 6 结 论 通过对台风“ 凡亚比” 登陆前后厦门沿海某超高 层建筑表面风压特性的现场实测与风洞试验的对比 研究, 得到以下结论 (1)实测结果表明, 台风登陆前后沿海超高层建 筑的风场脉动较大, 建筑表面的风压脉动剧烈; 各面 内测点之间的风压相关性较强。 (2)迎风面的实测平均风压较大, 且有部分时段 的值明显大于理论计算值; 背风面某些角部位置的实 测平均负压也较大。 (3)迎风面的实测平均风压系数较大, 其中角部 位置的值较中部位置大; 背风面少数角部测点的平均 风压系数负值较大; 随着风向角的变化, 各面实测平 均风压系数的变化规律基本一致。 (4)各面的实测脉动风压系数时程呈现出相似 的变化规律, 迎风面和侧风面的值较大, 背风面的值 非常小; 实测脉动风压系数随着平均风速的增大呈明 显的递减趋势。 (5)在迎风面, 平均风压系数的现场实测值明显 大于风洞试验结果; 在背风面和侧风面, 平均风压系 数的现场实测值与风洞试验结果相差较小。 (6)风洞试验和现场实测揭示出的超高层建筑 表面平均风压系数的分布特征及其随风向角的变化规 律基本一致, 证明了采用风洞试验开展高层建筑风荷 载试验的有效性; 但是在迎风面, 风洞试验结果低估了 实际风荷载的作用( 其原因有待进一步研究) , 会对超 高层建筑的安全性和适应性设计造成不利的影响。 参 考 文 献 [1] K A R E EMA.M e a s u r e m e n t s o f p r e s s u r e a n d f o r c e f i e l d s o nb u i l d i n g m o d e l s i n s i m u l a t e d a t m o s p h e r i c f l o w s[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犠 犻 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,1 9 9 0,3 6(1) 5 8 9 5 9 9. [2] KAWA IH. L o c a lp e a kp r e s s u r ea n dc o n i c a lv o r t e xo nb u i l d i n g [J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犠 犻 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,2 0 0 2,9 0(4/5) 2 5 1 2 6 3. [3] QUANY,YANZW,WE NCY,e t a l .W i n d t u n n e l t e s t s t u d y o nl o c a lw i n dp r e s s u r eo fr e c t a n g u l a rs u p e rh i g h r i s eb u i l d i n g w i t ho p e n i n g s[J].犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲,2 0 1 1,4 1(4) 1 1 3 1 1 6. (i nC h i n e s e) 全涌,严志威,温川阳,等.开洞矩形截面超高层建筑局部风压 风洞试验研究[J].建筑结构,2 0 1 1,4 1(4) 1 1 3 1 1 6. [4] X I EZ N,S H IB Q,N IZ H.W i n dp r e s s u r ed i s t r i b u t i o no n c o m p l e xs h a p e t a l lb u i l d i n gu n d e rw i n da c t i o nw i t hi n t e r f e r e n c e e f f e c t sb yad o w n w i n db u i l d i n g[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊,2 0 0 2,2 3(4) 2 7 3 1.(i nC h i n e s e) 谢壮宁,石碧青,倪振华.尾流受扰下复杂体形高层建筑的风 压分布特性[J].建筑结构学报,2 0 0 2,2 3(4) 2 7 3 1. [5] L IZL,S UNY,HUAN GHJ,e t a l . E x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho n a m p l i t u d ec h a r a c t e r i s t i c so fw i n d l o a d so fs u p e r t a l lb u i l d i n g s i n h i l l yt e r r a i n f i e l d[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊,2 0 1 0,3 1 (6) 1 7 1 1 7 8.(i nC h i n e s e) 李正良,孙毅,黄汉杰,等.山地风场中超高层建筑风荷载幅值 特性试验研究[J].建筑结构学报,2 0 1 0,3 1(6) 1 7 1 1 7 8. [6] L IB,YAN G QS,T I AN YJ,e ta l . C h a r a c t e r i s t i c so f t u r b u l e n tw i n dl o a do ft a p e r e ds u p e r t a l lb u i l d i n g[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾狅 犳 犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊,2 0 1 0,3 1(1 0) 8 1 6.(i nC h i n e s e) 李波,杨庆山,田玉基,等.锥形超高层建筑脉动风荷载特性 [J].建筑结构学报,2 0 1 0,3 1(1 0) 8 1 6. [7] L E EY,T A N A K A H,S HA W CY. D i s t r i b u t i o no fw i n d a n d t e m p e r a t u r e i n d u c e dp r e s s u r ed i f f e r e n c e sa c r o s st h ew a l l so fat w e n t y s t o r e yc o m p a r t m e n t a l i z e db u i l d i n g[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾狅 犳 犠 犻 狀 犱 犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,1 9 8 2,1 0(3) 2 8 7 3 0 1. [8] OHKUMA T,MA RUKAWA H.F u l l s c a l em e a s u r e m e n to f w i n dp r e s s u r e sa n dr e s p o n s ea c c e l e r a t i o n so f ah i g h r i s eb u i l d i n g [J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犠 犻 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,1 9 9 1,3 8(2 3) 1 8 5 1 9 6. [9] KAN D AJ,OHKUMA T.R e c e n td e v e l o p m e n t si nf u l l s c a l e w i n dp r e s s u r em e a s u r e m e n t s i nJ a p a n[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犠 犻 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,1 9 9 0,3 32 4 3 2 5 2. [1 0]L IQS,X I AOYQ,F UJY,e t a l . F u l l s c a l em e a s u r e m e n t so f w i n de f f e c t so nt h eJ i nM a ob u i l d i n g[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳 犠 犻 狀 犱犈 狀 犵 犻 狀 犲 犲 狉 犻 狀 犵犪 狀 犱犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾犃 犲 狉 狅 犱 狔 狀 犪 犿 犻 犮 狊,2 0 0 7,9 5(6) 4 4 5 4 6 6. [1 1]XU A,F UJY,Z HAO R H,e ta l .F i e l d m e a s u r e m e n t so f b o u n d a r yl a y e rw i n dc h a r a c t e r i s t i c sa n d w i n de f f e c t so n C i t i c P l a z aT o w e r[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾狅 犳 犅 狌 犻 犾 犱 犻 狀 犵犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊,2 0 0 9,3 0 (1) 1 1 5 1 1 9.(i nC h i n e s e) 徐安,傅继阳,赵若红,等.中信广场风场特性与结构响应实测 研究[J].建筑结构学报,2 0 0 9,3 0(1) 1 1 5 1 1 9. [1 2]GU M,KUANGJ,QUAN Y.A n a l y s i so fm e a s u r e d w i n d s p e e dd a t ao nt o po fSWF C[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾狅 犳 犞 犻 犫 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱 犛 犺 狅 犮 犽,2 0 0 9,2 8(1 2) 1 1 4 1 1 8.(i nC h i n e s e) ) 顾明,匡军,全涌,等.上海环球金融中心大楼顶部风速实测数 据分析[J].振动与冲击,2 0 0 9,2 8(1 2) 1 1 4 1 1 8. [1 3]S HE NJH,L ICX. F u l l s c a l em e a s u r e m e n t b a s e d i n v e s t i g a t i o n o nw i n df i e l dc h a r a c t e r i s t i c so f s u p e r t a l lb u i l d i n g su n d e rs t r o n g w i n dg u s t s[J].犑 狅 狌 狉 狀 犪 犾 狅 犳犞 犻 犫 狉 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犛 犺 狅 犮 犽,2 0 1 0,2 9(5) 6 2 6 8.(i nC h i n e s e) 申建红,李春祥.强风作用下超高层建筑风场特性的实测研究 [J].振动与冲击,2 0 1 0,2 9(5) 6 2 6 8. [1 4]G B5 0 0 0 9 2 0 0 1. L o a dc o d e f o r t h ed e s i g no fb u
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