矩形断面高层建筑脉动风荷载频谱特性研究

发布时间：2019-09-02 20:37

【摘要】：为研究风场特性及矩形断面长宽比等因素对矩形高层建筑脉动风荷载功率谱特性的影响,以矩形断面(宽厚比B/D=2∶1,1∶2)为例,采用刚性模型测压风洞试验的方法,测得了边界层中矩形模型的脉动风荷载时程.参考日本建筑设计建议(AIJ)给出的横风向脉动风荷载谱模型,对试验结果进行拟合,给出了一个简化的矩形高层建筑横风向脉动风荷载功率谱函数表达式.试验结果表明,顺风向脉动风荷载主要由纵向紊流引起,其功率谱密度函数特征与来流紊流基本一致;横风向脉动风荷载的形成机理较为复杂,矩形断面侧边存在复杂的分离流动及再附现象,但其无量纲功率谱密度沿高度基本一致;斯托哈尔数沿高度方向变化较小,当宽厚比分别为2∶1和1∶2时,斯托哈尔数分别约为0.128和0.069 7.
【图文】：

照片,测压试验,刚性模型

横风向气动力谱进行了拟合，得到了以紊流风尝漩涡脱落频率和结构特征尺寸为基本变量的功率谱函数经验模型．本文的研究结果对矩形高层建筑风振和风荷载的精细化分析具有一定的参考价值．1试验概况1．1测压试验简介本次试验在西南交通大学XNJD-3工业风洞进行．该风洞试验段尺寸为22．5m(宽)×4．5m(高)×36m(长)，风速范围为1．0～16．5m/s．测压试验模型为长宽比为2∶1的矩形断面，模型材质为有机玻璃，模型高2．3m，，矩形截面长20cm，宽10cm．试验时，将模型底部固定在风洞底部转盘上．安装在风洞中的模型照片见图1．图1刚性模型测压试验Fig．1Ｒigidmodelforpressuremeasurements沿模型高度方向共布置了11层测点，1#～11#测点层离地高度分别为19、24、44、67、90、110、125、130、133、151、181cm．每层测点均为52个，截面测点布置见图2．采用电子扫描阀(型号DSM-3400)进行同步压力测量．为不干扰流场，试验时扫描阀固定于模型内部，采样频率为256Hz，采样时间为120s．为考虑矩形截面长边和短边迎风时截面形式的区别，测量了风向角为0°和90°时矩形建筑模型的脉动风压时程，并定义来流垂直长边时为0(见图2)．图2矩形截面测点布置图Fig．2Arrangementofpressuretapsonrectangularcross-section1．2风场基本参数紊流场由尖塔、挡板和粗糙元模拟产生，采用CobraProbe风速仪校测流场特性．参考我国规范，对B类风场进行了模拟，并在图3中给出了模拟风场的平均风速(U)剖面、紊流度(Iu)剖面和10#截面高度处顺风向脉动风谱(Su(n))．图3中:zg为梯度风高度;z为竖向高度;84

照片,矩形截面,测点布置

交通大学XNJD-3工业风洞进行．该风洞试验段尺寸为22．5m(宽)×4．5m(高)×36m(长)，风速范围为1．0～16．5m/s．测压试验模型为长宽比为2∶1的矩形断面，模型材质为有机玻璃，模型高2．3m，矩形截面长20cm，宽10cm．试验时，将模型底部固定在风洞底部转盘上．安装在风洞中的模型照片见图1．图1刚性模型测压试验Fig．1Ｒigidmodelforpressuremeasurements沿模型高度方向共布置了11层测点，1#～11#测点层离地高度分别为19、24、44、67、90、110、125、130、133、151、181cm．每层测点均为52个，截面测点布置见图2．采用电子扫描阀(型号DSM-3400)进行同步压力测量．为不干扰流场，试验时扫描阀固定于模型内部，采样频率为256Hz，采样时间为120s．为考虑矩形截面长边和短边迎风时截面形式的区别，测量了风向角为0°和90°时矩形建筑模型的脉动风压时程，并定义来流垂直长边时为0(见图2)．图2矩形截面测点布置图Fig．2Arrangementofpressuretapsonrectangularcross-section1．2风场基本参数紊流场由尖塔、挡板和粗糙元模拟产生，采用CobraProbe风速仪校测流场特性．参考我国规范，对B类风场进行了模拟，并在图3中给出了模拟风场的平均风速(U)剖面、紊流度(Iu)剖面和10#截面高度处顺风向脉动风谱(Su(n))．图3中:zg为梯度风高度;z为竖向高度;84
【作者单位】：西南交通大学风工程试验研究中心;风工程四川省重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(51278433,51478402)
【分类号】：TU973.213

【相似文献】