平屋蓋低矮房屋風(fēng)荷載特性實(shí)測與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、風(fēng)災(zāi)為最常見的自然災(zāi)害之一，每年在我國會造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，這些損失大多并不是由風(fēng)直接引起的，而是由于強(qiáng)風(fēng)作用下房屋建筑的局部損壞或者整體倒塌所致。風(fēng)災(zāi)中損毀的絕大多數(shù)建筑為低矮房屋，主要破壞形式為屋面迎風(fēng)邊緣覆面構(gòu)件的局部損壞或者屋蓋結(jié)構(gòu)的整體破壞。本文通過現(xiàn)場實(shí)測系統(tǒng)獲得了強(qiáng)熱帶風(fēng)暴登陸前后的風(fēng)速和風(fēng)壓數(shù)據(jù)，分析了強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的近地風(fēng)場特性和平屋蓋低矮房屋屋面迎風(fēng)角部的風(fēng)荷載特性，通過風(fēng)洞試驗(yàn)分析了屋面特征湍流的基本特征，并

2、通過屋蓋迎風(fēng)角部不同大小和形狀的開孔，探討了風(fēng)致內(nèi)壓特性，本文的主要研究成果如下:
　　證明了風(fēng)工程界自然風(fēng)平穩(wěn)性假定的適用性，順風(fēng)向脈動風(fēng)速的概率密度分布與高斯分布匹配較好，而橫風(fēng)向脈動風(fēng)速的概率密度分布在正負(fù)方向尾部分別向左和向右偏離高斯分布，順風(fēng)向脈動風(fēng)速分量中含有較多的大尺度旋渦，而橫風(fēng)向脈動風(fēng)速分量中的高頻能量更加突出。
　　10m高處實(shí)測B類地貌順風(fēng)向湍流強(qiáng)度的范圍為0.12～0.17，平均值為0.14，橫風(fēng)向湍

3、流強(qiáng)度的范圍為0.09～0.13，平均值為0.11;實(shí)測A類地貌順風(fēng)向湍流強(qiáng)度的范圍為0.08～0.15，平均值為0.11，橫風(fēng)向湍流強(qiáng)度的范圍為0.07～0.12，平均值為0.09;順風(fēng)向湍流強(qiáng)度的實(shí)測值與荷載規(guī)范中的取值相當(dāng)，但是由于現(xiàn)實(shí)中地形地貌變化多端，使得實(shí)測結(jié)果波動性較大。
　　來流斜風(fēng)向作用下，由于錐形渦的影響，屋面迎風(fēng)角部承受極強(qiáng)的風(fēng)吸力作用，實(shí)測風(fēng)荷載體型系數(shù)幅值的最大值能達(dá)到規(guī)范規(guī)定值的八倍，顯然荷載規(guī)范低估了

4、實(shí)際的風(fēng)荷載作用，屋面風(fēng)壓脈動與來流風(fēng)速和風(fēng)壓有密切關(guān)聯(lián)，但是風(fēng)向角對風(fēng)壓系數(shù)的變化起主要作用。
　　分離泡作用下，屋面平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)關(guān)于屋脊線大致呈對稱分布，且迎風(fēng)邊緣附近的絕對值較大，越是往后風(fēng)壓系數(shù)的絕對值越小;隨著高度的增加，湍流強(qiáng)度有所降低，再加上迎風(fēng)墻面上駐點(diǎn)到迎風(fēng)屋蓋前緣的長度尺度的增大，使得平均風(fēng)壓系數(shù)絕對值有增大的趨勢，而脈動風(fēng)壓系數(shù)則有稍許的減小;只有在一定的風(fēng)向角范圍內(nèi)才有錐形渦形成，在20°～7

5、0°風(fēng)向角范圍內(nèi)，迎風(fēng)短邊和迎風(fēng)長邊兩側(cè)均出現(xiàn)了錐形渦，平均風(fēng)壓系數(shù)和脈動風(fēng)壓系數(shù)在兩側(cè)均呈錐形分布，成對出現(xiàn)的錐形渦之間不存在相互吸引或其他形式的相互作用，各自獨(dú)立運(yùn)動影響各自作用范圍內(nèi)的風(fēng)壓分布。
　　隨著風(fēng)向角的增加，沿短邊方向的錐形渦的渦核位置和再附位置均向邊緣靠近，沿長邊方向的錐形渦則正好相反。且隨著風(fēng)向角的變化，再附位置的變化幅度明顯大于渦核位置的變化幅度，用二次曲線對渦核位置和再附位置進(jìn)行擬合的效果很好;點(diǎn)渦模型低估

6、了這些區(qū)域的試驗(yàn)值，通過點(diǎn)渦模型的修正公式對風(fēng)壓剖面進(jìn)行擬合，結(jié)果比較理想;用沒有常數(shù)項(xiàng)的二次曲線對試驗(yàn)中的渦核高度進(jìn)行擬合，擬合曲線很好地體現(xiàn)了錐形渦渦核高度與截面位置的關(guān)系，并且與實(shí)測結(jié)果的偏離程度較低。
　　房屋內(nèi)部風(fēng)壓可認(rèn)為是均勻分布，由于內(nèi)外風(fēng)壓的疊加作用，使得屋面上的強(qiáng)風(fēng)吸力平均值有大幅的減弱，甚至出現(xiàn)正壓，脈動凈風(fēng)壓減弱程度則較小，內(nèi)部風(fēng)壓脈動在時(shí)域和頻域內(nèi)都具有很高的相關(guān)性。
　　房屋內(nèi)部風(fēng)壓脈動的功率譜均出