某高層建筑風洞測壓試驗分析

賀寶林

（中國建材國際工程集團有限公司，上海200063）

蚌埠豪生國際大酒店項目位于安徽省蚌埠市，為五星級標準涉外賓館，酒店屋面設計標高近百米。在主體結構完工后，業主希望在酒店屋面增加高度約45m的鋼結構塔架造型，如圖1所示。為了確保該項目塔樓及鋼結構造型在使用階段的抗風安全性，有必要對該高層建筑在設計風速作用下結構的風荷載及其分布以及位移、加速度響應進行風洞試驗研究。同時根據風洞試驗的結果，對高層建筑的抗風安全性以及在設計風速范圍內結構三維風振特性及該樓居住人員的舒適性進行詳細的研究并供設計使用。

1 風洞試驗設備

該建筑結構模型風洞實驗在湖南大學進行，邊界層風洞的截面為3.0m×2.5m（寬 × 高）的 矩 形，該 試 驗 段 的 風 速 在0～20.0m／s內可調。風洞試驗以主建筑物為中心，模擬半徑500 m范圍內的主要周邊建筑，置于風洞試驗段轉盤上，進行數據測量。模型與實物在外形上保持幾何相似，縮尺比為1∶200，高度為60.275cm。周邊環境模型比例也為1∶200。將模型固定在風洞試驗室的轉盤上，如圖2所示。

2 測量系統

2.1 風速測量系統

大氣邊界層模擬風場的調試和測定是用三維脈動風速測量儀、A／D板、PC機和專用軟件組成的系統來測量。該系統可以用來測量風洞流場的平均風速、風速剖面、湍流度以及脈動風功率譜等數據。

2.2 風壓測量、記錄及數據處理系統

風壓測量、記錄及數據采集及處理系統由電子式壓力掃描閥系統、PC機、以及自編的信號采集及數據處理軟件組成風壓測量、記錄及數據采集及處理系統。

3 實驗工況

風洞試驗時，每一個風向測量一組數據。正北向設為0°，風向角間隔為15°，逆時針旋轉，總共有24個風向。測點分布圖，見圖3。

4 測點布置

塔架下層沿周邊布置了28個雙面測點，塔架上層沿周邊布置了12個測點，如圖3所示。由于篇幅的原因，這里只給出塔架下層的測試結果。

5 試驗結果分析和實際風荷載確定

1）最大平均風壓系數及最大平均風荷載值

測點最大平均風壓系數為2.08，風向角為330°，相應的50年重現期的風壓值為1.53kPa。

2）最小平均風壓系數及最小平均風荷載值

測點最小平均風壓系數為－1.10，風向角為300°，相應的50年重現期的風壓值為－0.81kPa。

3）全風向極大峰值風壓系數及峰值風壓

測點全風向極大峰值風壓系數為3.10，風向角為15°，相應的50年重現期的風壓值為2.29kPa。

4）全風向極小峰值風壓系數及峰值風壓

測點全風向極小峰值風壓系數為－2.16，風向角為135°，相應的50年重現期的風壓值為－1.60kPa。

5）測點局部體型系數

各測點在4個垂直方向的局部體形系數及分布見圖4。

6）風振舒適度

按照《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）中3.7.6的規定，高度不小于150m的高層建筑結構應具有良好的使用條件，滿足舒適度要求。按現行國家標準《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）的規定，辦公及旅館建筑10年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點最大加速度不應超過0.25m／s2。通過風洞試驗數據計算的結構頂部X向最大加速度為0.152m／s2，Y向為0.158m／s2，平動舒適度滿足規范要求，結構頂部繞Z軸最大扭轉加速度為0.000 45rad／s2。

6 結 論

a.從蚌埠豪生國際大酒店墻體外表面測點的壓力系數結果可以看出，氣流在外墻面的棱角處出現明顯的分離，且在分離區出現較大的負壓。

b.從試驗結果可以看出，受到周邊建筑的影響出現明顯的建筑群體效應。

c.總體來說，沿高度方向，較大正風壓出現在大樓約1／2以上高度處，并且在主體結構的周邊拐角區域、受內外壓影響的頂部，其風荷載較大。

d.經數據分析，并與以往類似結構的風洞試驗結果相比較可以得出本試驗所獲得的數據是可靠的，達到了試驗的目的。

e.建筑的風振舒適度滿足規范要求。

［1］ GB 5009—2012，建筑結構荷載規范［S］.

［2］ 張相庭.工程結構風荷載理論和抗風計算手冊［M］.上海：同濟大學出版社，1990.

［3］ 埃米爾·希繆，羅伯特·H·斯坎倫.風對結構的作用——風工程導論［M］.劉尚培，項海帆，等譯.上海：同濟大學出版社，1992.