發(fā)布時間：2019-11-08 09:00

【摘要】：隨著社會經濟的發(fā)展和科技的進步，各種造型獨特、結構新穎的空間結構大量涌現(xiàn)。大跨屋蓋結構因其具有優(yōu)美的造型和良好的性能，被廣泛應用于各種大型公共建筑中，由于這些建筑物大多具有質量輕、柔性大、阻力小等特點，對風荷載敏感，風荷載往往成為其結構設計的主要控制荷載。此外，由于建筑物部分門窗的開敞或突然開孔導致的內壓增大對屋蓋結構的安全會產生較大的影響。大量風災調查表明，屋蓋結構的風致破壞在很大程度上都是由于內外壓的聯(lián)合作用所引起的。然而目前人們對內壓變化的產生機理及評估尚處于研究階段，在進行結構的抗風設計時，國內外現(xiàn)行荷載規(guī)范僅是提出名義封閉或者開敞時的內壓系數建議值，因此開展屋蓋結構風致內壓的研究具有極其重要的學術意義和工程應用價值，也是現(xiàn)代結構風工程領域研究的熱點之一。 本文通過對復雜體型的魚形屋蓋在臺風風場與A類常規(guī)風場下進行了風洞對比試驗研究，發(fā)現(xiàn)迎風屋檐的脈動風壓明顯大于屋面其它區(qū)域。不同湍流度下屋蓋結構的風荷載存在較大的差異，屋蓋在高湍流度下（臺風風場）的風荷載比常規(guī)A類風場明顯要大。建議在臺風多發(fā)地區(qū)的建筑，特別是體型復雜的重要建筑，對結構風荷載的評估除了按照規(guī)范常規(guī)要求進行設計外，通過臺風風場的風洞試驗加以驗證很有必要。 基于吉林火車站的風洞試驗，研究了屋蓋的風荷載分布特性，發(fā)現(xiàn)較大的吸力均分布在迎風屋檐、屋蓋角區(qū)和主站樓凸起的天窗附近。由于氣流在高度較低處的湍流特性較大，，更容易受周邊地貌的影響，因而站臺雨棚的升力系數受周邊建筑的干擾效應較為明顯。在屋蓋的氣流分離區(qū)域，因存在較大的負風壓，風壓的概率分布向負壓段延伸，建議對于屋蓋不同的紊流強度區(qū)域應取不同的峰值因子，在高紊流區(qū)域峰值因子可取3.0~4.0，在低紊流區(qū)域峰值因子可取2.5~3.0。 對比昆明南站風洞試驗結果與荷載規(guī)范規(guī)定值，發(fā)現(xiàn)當立面入口封閉時主站房屋面大部分區(qū)域的體型系數與荷載規(guī)范規(guī)定值大小相當，但在懸挑屋檐及屋面棱角處，體型系數明顯大于規(guī)范規(guī)定值；當考慮有立面入口門洞時，屋面風載體型系數均大于規(guī)范規(guī)定的名義封閉下的體型系數。在主站房與站臺雨棚邊緣區(qū)域，脈動風壓概率密度分布函數體現(xiàn)出較為明顯的非高斯分布特性，在尾部負壓區(qū)域更為顯著。 對有雙面幕墻開孔結構的內壓傳遞方程進行了推導，并從理論上闡述了背立面開孔時對內壓附加阻尼效應的影響。分析了孔口等效阻尼比eq隨幕墻開孔面積、建筑內部容積、參考風速及孔口處風壓高度變化系數等參數的變化趨勢。同時對開孔結構發(fā)生Helmholtz共振與立面幕墻開孔率的關系進行了探討。 通過剛性模型風洞試驗對不同建筑內部容積、幕墻開孔面積、開孔位置及屋蓋矢跨比的大跨屋蓋結構的風荷載進行了系統(tǒng)的分析研究，并探討了這些參數對屋蓋等圍護結構風荷載特性的影響。通過對內壓測點的脈動風壓功率譜分析，發(fā)現(xiàn)開孔結構內部風壓譜不僅包含了大氣湍流中的能量成分，同時也包含了由于孔口阻尼特性引起的特征湍流的成分。對考慮有多面幕墻開孔的內壓理論估算公式進行了推導，并將試驗值與理論估算值進行了對比。 通過對屋蓋結構的風致響應分析發(fā)現(xiàn)對于本身剛度較大的屋蓋結構，風致響應的大小主要取決于屋蓋的自振頻率，而幕墻開孔率大小的變化對風致響應的影響并不是很明顯。將傳統(tǒng)的風振系數計算方法與采用目標概率法得到的位移風振系數進行對比發(fā)現(xiàn)對于脈動風影響較為顯著的屋蓋區(qū)域，利用傳統(tǒng)的風振系數計算方法可能會過于低估脈動響應的影響，對結構設計是偏于不安全的。 本文以風洞試驗為主，結合理論分析詳細研究了屋蓋結構的風荷載特性和考慮幕墻開孔時建筑內部風效應及屋蓋風致響應。研究成果可為屋蓋結構的抗風設計及荷載規(guī)范相關條文的修訂提供參考依據。
【圖文】：

國內具有代表性的大跨度建筑

(e) 美國亞特蘭大喬治亞州穹頂 （f）加拿大蒙特利爾體育場圖 1.2 國外具有代表性的大跨度建筑.2 結構風工程概述.2.1 大氣邊界層風場特性風是空氣相對于地表面的運動，由于地球表面大氣受太陽的加熱不勻，導球相同高度兩點間的溫度、空氣中的水蒸氣含量存有差異，產生溫度差和氣，使不同壓力差的地區(qū)之間產生趨于平衡的空氣流動，這就是自然界風的形。由于在地球表面，受到地表摩擦力和地物阻力等的影響，空氣的流動速度慢，這種影響隨著高度的增加而減小，當達到一定的高度時，自然風受地面響可以忽略，風速趨于平穩(wěn)，此高度為大氣邊界層高度或者梯度風高度，此以下為大氣邊界層。它隨著氣象條件、地面粗糙度、地形等因素的變化而變化般在300 ~1000米之間。絕大多數工程建筑均處于大氣邊界層內，因此大氣邊內風的基本特性是結構風工程最為關心的關鍵問題。根據順風向大量實測風
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU231;TU312.1

【參考文獻】

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本文編號：2557764