基于风洞试验的高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑抗风性能分析.pdf
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1、 施工技术(中英文)年 月上第 卷 第 期:基于风洞试验的高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑抗风性能分析秦长金,伍 刚,吴慧林,李佳俊,贾磊柱,梅 俊,刘飞凡,徐 卫(华南理工大学土木与交通学院,广东 广州;中建三局集团有限公司工程总承包公司,湖北 武汉;武汉花山生态新城投资有限公司,湖北 武汉)摘要 以光谷人民医院工程为例,针对其高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑模型进行风洞试验,旨在测量建筑模型上的平均风压和脉动风压时程。通过对所得数据进行处理和计算分析,得出在不同重现期和不同风向角作用下,项目结构表面所受的风压值以及结构在静态和动态状态下的响应,为该项目的抗风设计提供可靠依据。关键词 风洞试
2、验;建筑模型;风压;风致响应;等效风荷载中图分类号 文献标识码 文章编号(),(,;,;,):,:;中建三局集团有限公司工程总承包公司科技研发课题()作者简介 秦长金,博士,高级工程师,:收稿日期 引言 近年来,随着建筑技术的不断发展,新型高层建筑类型不断涌现,其中复杂连体建筑作为一种新型结构形式,为建筑选型带来了多样性和可能性,本文所研究的高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑就是其中之一。由于 该 建 筑 具 有 不 规 则 性,无 法 按 照 建筑结构荷载规范采用风振系数描述规则建筑顺风向的动力风效应。同时,由于这类复杂连体建筑在国内属新兴建筑结构,缺乏类似工程实例参考,增加了研究和设计难度。
3、为了获取符合实际情况的不规则建筑的表面风压、风致响应和等效风荷载等参数,为复杂结构的抗风设计提供科学、可靠的参考依据,有必要进行高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑的风洞试验。秦长金等:基于风洞试验的高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑抗风性能分析 国内外学者基于风洞试验对建筑的抗风性能进行了广泛研究。在建筑结构方面,刘小兵等分析了 范围内不同风向角下方柱的气动特性,得到了方柱的平均风压分布、脉动风压分布、平均气动力、脉动气动力、旋涡脱落特性和驰振稳定性随风向角的变化规律。郑德乾等结合风洞试验和计算流体动力学对杭州萧山国际机场 航站楼主楼屋盖表面的风荷载进行了研究。等对带有圆屋顶阵列的孤立建筑物进行了
4、风洞测试,发现与第 个圆顶相比,第 个和第 个圆顶上的分离点逐渐向下游移动。在复杂建筑的抗风性能方面,吴泽达等以非对称双塔高层建筑为对象进行了风洞试验,结果表明周边环境会导致塔楼迎风面平均风压系数减小 。余先锋等通过刚体模型同步测压试验获得单体建筑以及不同干扰工况下受扰建筑表面的风荷载,并在不同折算风速下进行了结构风振响应计算。李秋胜等对广州国际会展中心模型进行了风压分布风洞试验,试验表明负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力。从上述研究可以看出,尽管已有很多关于各类建筑结构和建筑造型抗风性能的研究,但针对高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑的研究仍较少。因此,需要通过风洞试验来深入探究
5、该类复杂建筑的抗风性能。本研究以缩尺模型来模拟实际建筑在风场中的受力情况,探究不规则形态对风荷载分布的影响,为类似建筑的设计和施工提供可靠的参考依据。工程概况 光谷人民医院项目的规划用地性质为医院用地和社区公园。项目规划净用地面积为 ,容积率为 ,总建筑面积为 ,其中地上建筑面积 ,地下建筑面积 。在项目场地中部设有 条排水走廊,该地块被社区公园用地(包括城市排水走廊)分为东区和西区。西区包括 栋 层的住院楼(栋、栋)、栋 层的西区门诊医技楼和 栋 层的行政楼。东区包括 栋 层的住院楼(栋、栋)、栋 层的东区门诊医技楼、栋 层的立体停车楼、栋 层的发热门诊楼,以及 栋 层的垃圾污水处理站和液氧
6、站。西区医技楼和东区医技楼每层通过 道连桥连接,而 栋住院塔楼在 层标高处通过空中的 形连桥相互连接,形成了高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑。项目总体平面效果如图 所示。项目周边已建和待建的高层建筑形成了一个图 总平面效果 复杂的紊流风场,各建筑之间的绕流干扰效应强。而该连体塔楼作为一个高位大跨度非对称斜交四塔连体建筑,在强风作用下将产生相当大的表面风压和结构的静态、动态响应。根据建筑结构荷载规范规定:房屋和构筑物与表 中的“体型不同且无参考资料可以借鉴时,宜由风洞试验确定;对于重要且体型复杂的房屋和构筑物,应由风洞试验确定。”该项目外立面造型特殊,目前我国的建筑结构风荷载规范尚未涵盖这类建筑
7、。为此,通过风洞试验测试结构的表面风压,并通过数据处理和计算分析获得结构的风压分布、风致响应、风振系数和等效风荷载。风洞试验模型及方法 试验模型 本项目建筑测压模型由 塑料板制成,几何缩尺比例为 。模型共布置了 个测压点。模型底部与连接板固连,连接板与风洞试验段工作转盘固连。周边建筑的干扰对结构风荷载影响较大,试验通过直接模拟周边建筑情况来考虑结构风荷载的干扰效应。根据总平面图以及现场考察结果,试验模拟了大楼周围约 半径内的主要建筑,按照平面图位置摆放于风洞试验模型中。在进行试验时,周边建筑对目标建筑的干扰体现在试验测试的数据上,本项目风洞试验结果考虑了周边建筑干扰后的结果。周围建筑采用 板制
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