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正確理解和應用風洞試驗報告

來源:中國幕墻網收集整理  作者:張芹  日期:2011-3-29
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  玻璃幕墻風荷載是玻璃幕墻設計諸荷載(作用)中最重要的一項。它的取值直接影響玻璃幕墻的安全,尤其是體型復雜的高層建筑玻璃幕墻的設計風荷載更要慎重采用。
 
  國外很多專家按風速譜沿高度不變而得到經驗公式。二十世紀60-70年代,Davenport根據世界上不同地點、不同高度測得的90多次強風記錄,他認為水平脈動風速譜中,紊流尺度沿高度是不變的,并提出了經驗公式:
  Sυ(n)=4Kυ102χ2/n(1+χ2)4/3
  χ=1200n/υ10
  Harris對Davenport譜作了修改,使其與Van Karman風洞試驗結果更符合一致,他的修改式為:
  Sυ(n)=4Kυ102χ2/n(1+χ2)4/6
  χ=1800n/υ10

  GB50009規定計算圍護結構的風荷載時,陣風系數按下述公式確定:βgz=K(1+2μf)  (7.5.1-1)
  式中:K—地區粗糙度調整系數。對A、B、C、D四種類型分別取0.92、0.89、0.85、0.80;
  μf—脈動系數。μf=0.5×351.8(α-0.16)(Z/10)-α (7.4.2-8)
  式中:α—地面粗糙度指數對應于A、B、C、D四類地貌,分別取0.12、0.16、0.22和0.30。
  將K、α系數代入后,各類地區陣風系數計算公式為:
  βgzA=0.92×(1+2μfA)              μfA=0.387(Z/10)-0.12                
  βgzB=0.89×(1+2μfB)              μfB=0.5(Z/10)-0.16           
  βgzC=0.85×(1+2μfC)              μfC=0.734(Z/10)-0.22               
  βgzD=0.80×(1+2μfD)              μfD=1.2248(Z/10)-0.3               
  《江陰市民水上活動中心風洞動態測壓試驗報告》用江陰市民水上活動中心風洞動態測壓試驗得到的脈動系數計算陣風系數。
“考慮陣風系數的任何高度Z處風荷載標準值可表示為:
  Wz=βgzμsμzW0
  其βgz是高度Z處陣風系數。它是由風壓脈動靜力作用引起的,因此與脈動系數μf有關。陣風系數βgz可由下式獲得:
  βgz=μk(1+2μf)=0.89(1+2×g×σw/W/)=0.89(1+7×σw/W/)
  μf = g×σw/W/
  式中,W/、σw分別為風壓的均值與根方差,g為峰值因子,取g=3.5。”
  80~81年通過在四次臺風過程中對上海電視塔20m~186m七個高度處瞬時風速和十分鐘平均最大風速的觀測數據得出陣風系數的近似計算公式:                 
  βgz=e[0.7/(z/10)1/3]                                                   
  由此式可算出,在10m、20m、50m、100m及150m處陣風系數為2.01、1.74、1.51、1.38和1.33。
  廣州電視塔工程風速垂直切變指數和陣風系數,見表8-2。

  根據我國(蘇聯 )的研究結果表明,隨著高度的增加,陣風系數逐漸減少,上海氣象臺的強風記錄也證實了這一結果。  
  上述風速實測資料證明了規范規定的陣風系數取值的可行性。
  通過以上分析可以看出,按GB50009式(7.1.1-2)計算圍護結構風荷載標準值,對于體型和表7.3.1類同的建筑,除了未考慮群體干擾增大系數外,基本可行。對體型與表  7.3.1不同時結果可能有差異,而對體型復什的建筑應由風洞試驗取得體型系數。
  風洞試驗報告給出的中圍護結構風荷載標準值(平均風壓  Wk=C/ W0  )中,平均壓力系數近似包含了體型和沿高度變化以及風洞試驗時預設周邊建筑物的群體干擾影響,但未考慮內表面局部風壓+0.2或-0.2。還要重點檢查A、C、D類地區是否按本工程所處地區粗糙度類別對基本風壓進行了換算;陣風系數是否按GB50009式7.5.1-1確定的(其中μf計算是按GB50009式7.4.2-8 ,還是如《江陰市民水上活動中心風洞動態測壓試驗報告》用江陰市民水上活動中心風洞動態測壓試驗得到的脈動系數計算可以討論)。
  風洞試驗報告給出的中圍護結構風荷載標準值(峰值風壓  Wk=Cmax(min)/ W0)中,峰值壓力系數對峰值因子g取為多少。考慮峰值因子g的脈動系數μf不能作為陣風系數,所以峰值風壓  Wk=Cmax(min)/ W0,如A、C、D類地區又未按本工程所處地區粗糙度類別對基本風壓進行了換算,不能視為圍護結構風荷載標準值。
  為了保證風洞試驗結果正確應用,對風洞試驗單位提出的風洞試驗報告要進行評審(包括風洞試驗漏算了基本風壓換算系數、內表面局部風壓+0.2或-0.2和試驗模型與實際不一樣,應向建設單位、建筑設計單位提出,要求他們確認是否改正),根據評審結果修正后才能采用。

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