TTU标模及平顶罩棚类低矮建筑的风洞试验研究

摘要

我国东南沿海台风活动频繁，每次台风过后，造成大量房屋损坏甚至倒塌。历次风灾调查表明，在风灾破坏的各类房屋中，低矮房屋超过半数以上。因此，深入开展以现场实测和模型试验为主要手段的典型低矮建筑风荷载特性及其抗风措施的研究对于提高我国沿海地区低矮建筑的抗风能力、大大减轻风灾的损失，将具有重大的理论和工程应用意义。
　　 本文首先以国际通用的低矮建筑标准模型TTU（德州理工大学）模型为考察对象，在汕头大学大气边界层风洞(STDX-1)中进行了1：15、1：30 和1：45 缩尺模型在的风洞试验（同种流场中三种模型的对比试验和1：30 模型在三种不同流场中的对比试验）。通过试验数据纵向（风洞试验与现场实地测量）和横向（各风洞间试验）的比较，研究了模型缩尺比变化对风洞试验结果的影响，证明了STDX-1 风洞所采用的模拟技术能够较为准确的反映低矮建筑所处的实际地貌及自然风特征，验证了STDX-1 风洞对低矮建筑模型试验结果的可靠性，为后续低矮房屋风洞试验的深入研究提供了技术保障。针对一类典型的低矮建筑—平顶罩棚式低矮建筑采用模型的风洞试验进行了研究，揭示了矩形和圆形罩棚屋面结构的平均风压和峰值风压分布特征，分析了屋面风致破坏的主要原因，在此基础上实施了7种不同的屋面局部修改方案的试验对比、从中筛选出可以有效消减屋面风荷载的抗风措施。结果显示：两种平顶的矩形和圆形罩棚屋面结构均以负压为主且最大平均风压系数分别为-1.83和-0.97，相应最大峰值负压系数为-5.41和-3.11，这个结果远高于采用平均风压乘以阵风系数的规范方法，这显示规范中的阵风系数方法并不适合于计算屋面围护结构的风压值，根据分析结果提出了平顶矩形和圆形罩棚屋面结构风压体型系数取值的建议值，提出的气动抗风措施可以消减风敏感区域的风压值达30％以上。