某高層建筑風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)分析

賀寶林

（中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，上海200063）

蚌埠豪生國(guó)際大酒店項(xiàng)目位于安徽省蚌埠市，為五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)涉外賓館，酒店屋面設(shè)計(jì)標(biāo)高近百米。在主體結(jié)構(gòu)完工后，業(yè)主希望在酒店屋面增加高度約45m的鋼結(jié)構(gòu)塔架造型，如圖1所示。為了確保該項(xiàng)目塔樓及鋼結(jié)構(gòu)造型在使用階段的抗風(fēng)安全性，有必要對(duì)該高層建筑在設(shè)計(jì)風(fēng)速作用下結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載及其分布以及位移、加速度響應(yīng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)研究。同時(shí)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)高層建筑的抗風(fēng)安全性以及在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)三維風(fēng)振特性及該樓居住人員的舒適性進(jìn)行詳細(xì)的研究并供設(shè)計(jì)使用。

1 風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備

該建筑結(jié)構(gòu)模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)在湖南大學(xué)進(jìn)行，邊界層風(fēng)洞的截面為3.0m×2.5m（寬 × 高）的 矩 形，該 試 驗(yàn) 段 的 風(fēng) 速 在0～20.0m／s內(nèi)可調(diào)。風(fēng)洞試驗(yàn)以主建筑物為中心，模擬半徑500 m范圍內(nèi)的主要周邊建筑，置于風(fēng)洞試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤上，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。模型與實(shí)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(huán)境模型比例也為1∶200。將模型固定在風(fēng)洞試驗(yàn)室的轉(zhuǎn)盤上，如圖2所示。

2 測(cè)量系統(tǒng)

2.1 風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)

大氣邊界層模擬風(fēng)場(chǎng)的調(diào)試和測(cè)定是用三維脈動(dòng)風(fēng)速測(cè)量?jī)x、A／D板、PC機(jī)和專用軟件組成的系統(tǒng)來測(cè)量。該系統(tǒng)可以用來測(cè)量風(fēng)洞流場(chǎng)的平均風(fēng)速、風(fēng)速剖面、湍流度以及脈動(dòng)風(fēng)功率譜等數(shù)據(jù)。

2.2 風(fēng)壓測(cè)量、記錄及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

風(fēng)壓測(cè)量、記錄及數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)由電子式壓力掃描閥系統(tǒng)、PC機(jī)、以及自編的信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理軟件組成風(fēng)壓測(cè)量、記錄及數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。

3 實(shí)驗(yàn)工況

風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，每一個(gè)風(fēng)向測(cè)量一組數(shù)據(jù)。正北向設(shè)為0°，風(fēng)向角間隔為15°，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，總共有24個(gè)風(fēng)向。測(cè)點(diǎn)分布圖，見圖3。

4 測(cè)點(diǎn)布置

塔架下層沿周邊布置了28個(gè)雙面測(cè)點(diǎn)，塔架上層沿周邊布置了12個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。由于篇幅的原因，這里只給出塔架下層的測(cè)試結(jié)果。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析和實(shí)際風(fēng)荷載確定

1）最大平均風(fēng)壓系數(shù)及最大平均風(fēng)荷載值

測(cè)點(diǎn)最大平均風(fēng)壓系數(shù)為2.08，風(fēng)向角為330°，相應(yīng)的50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值為1.53kPa。

2）最小平均風(fēng)壓系數(shù)及最小平均風(fēng)荷載值

測(cè)點(diǎn)最小平均風(fēng)壓系數(shù)為－1.10，風(fēng)向角為300°，相應(yīng)的50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值為－0.81kPa。

3）全風(fēng)向極大峰值風(fēng)壓系數(shù)及峰值風(fēng)壓

測(cè)點(diǎn)全風(fēng)向極大峰值風(fēng)壓系數(shù)為3.10，風(fēng)向角為15°，相應(yīng)的50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值為2.29kPa。

4）全風(fēng)向極小峰值風(fēng)壓系數(shù)及峰值風(fēng)壓

測(cè)點(diǎn)全風(fēng)向極小峰值風(fēng)壓系數(shù)為－2.16，風(fēng)向角為135°，相應(yīng)的50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值為－1.60kPa。

5）測(cè)點(diǎn)局部體型系數(shù)

各測(cè)點(diǎn)在4個(gè)垂直方向的局部體形系數(shù)及分布見圖4。

6）風(fēng)振舒適度

按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）中3.7.6的規(guī)定，高度不小于150m的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的使用條件，滿足舒適度要求。按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）的規(guī)定，辦公及旅館建筑10年一遇的風(fēng)荷載取值計(jì)算的順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度不應(yīng)超過0.25m／s2。通過風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)構(gòu)頂部X向最大加速度為0.152m／s2，Y向?yàn)?.158m／s2，平動(dòng)舒適度滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)頂部繞Z軸最大扭轉(zhuǎn)加速度為0.000 45rad／s2。

6 結(jié) 論

a.從蚌埠豪生國(guó)際大酒店墻體外表面測(cè)點(diǎn)的壓力系數(shù)結(jié)果可以看出，氣流在外墻面的棱角處出現(xiàn)明顯的分離，且在分離區(qū)出現(xiàn)較大的負(fù)壓。

b.從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，受到周邊建筑的影響出現(xiàn)明顯的建筑群體效應(yīng)。

c.總體來說，沿高度方向，較大正風(fēng)壓出現(xiàn)在大樓約1／2以上高度處，并且在主體結(jié)構(gòu)的周邊拐角區(qū)域、受內(nèi)外壓影響的頂部，其風(fēng)荷載較大。

d.經(jīng)數(shù)據(jù)分析，并與以往類似結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果相比較可以得出本試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)是可靠的，達(dá)到了試驗(yàn)的目的。

e.建筑的風(fēng)振舒適度滿足規(guī)范要求。

［1］ GB 5009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［2］ 張相庭.工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載理論和抗風(fēng)計(jì)算手冊(cè)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.

［3］ 埃米爾·希繆，羅伯特·H·斯坎倫.風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用——風(fēng)工程導(dǎo)論［M］.劉尚培，項(xiàng)海帆，等譯.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1992.