《高层结构抗风抗震设计》第二章（2-7）风洞试验

§2-7风洞试验( wind tunnel test >简介 >模型种类 李正良团队所进行的风洞试验

§2－7 风洞试验（wind tunnel test） ➢简介 ➢模型种类 ➢李正良团队所进行的风洞试验 [4] [4] [10]

风是紊乱的随机现象,风对建筑物的作用 十分复杂,规范中关于风荷载值的确定适用于 大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建 筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建 筑物风作用的计算方法,而风洞试验是一种测 量大气边界层内风对建筑物作用大小的有效手 段;摩天大楼可能造成很强的地面风,对行人 和商店有很大的影响;当附近还有别的高层建 筑时,群体效应对建筑物和建筑物之间的通道 也会造成危害(如图),这些都可以通过风洞 试验得到对设计有用的数据

简 介 风是紊乱的随机现象，风对建筑物的作用 十分复杂，规范中关于风荷载值的确定适用于 大多数体型较规则、高度不太大的单幢高层建 筑。目前还没有有效的预测体型复杂、高柔建 筑物风作用的计算方法，而风洞试验是一种测 量大气边界层内风对建筑物作用大小的有效手 段；摩天大楼可能造成很强的地面风，对行人 和商店有很大的影响；当附近还有别的高层建 筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道 也会造成危害（如图），这些都可以通过风洞 试验得到对设计有用的数据

我国现行《混凝土高规》规定有下列 情况之一的建筑物,宜按风洞试验确定风 荷载: 高度大于200m; 高度大于150m,且平面形状不规则、立面形状 复杂,或立面开洞、连体建筑等; 规范或规程中没有给出风载荷体型系数的建筑物; 周围地形和环境复杂,邻近有高层建筑时,宜考 虑互相干扰的群体效应,一般可将单个建筑物的 体型系数乘以相互干扰增大系数,缺乏该系数时 宜通过风洞试验得出

我国现行《混凝土高规》规定有下列 情况之一的建筑物，宜按风洞试验确定风 荷载： • 高度大于200m； • 高度大于150m，且平面形状不规则、立面形状 复杂，或立面开洞、连体建筑等； • 规范或规程中没有给出风载荷体型系数的建筑物； • 周围地形和环境复杂，邻近有高层建筑时，宜考 虑互相干扰的群体效应，一般可将单个建筑物的 体型系数乘以相互干扰增大系数，缺乏该系数时 宜通过风洞试验得出。 简 介

简介 此外,加拿大的达文波特( Davenport)首次 提出舒适度与房屋顶层加速度关系。现在有一些 计算建筑物顶层加速度的经验公式,但是常常还 需要通过风洞试验确定。 建筑物的风洞试验要求在风洞中能实现大气 边界层内风的平均风剖面、紊流和自然流动,即 能模拟风速随高度的变化,大气紊流纵分量与建 筑物长度尺寸应具有相同的相似常数。一般来说, 风洞尺寸达到宽为2~4m、高为2~3m、长为5~ 30m时可满足要求。同时,风洞试验必须有专门 的风洞设备,模型制作也有特殊要求,量测设备 和仪器也是专门的

此外，加拿大的达文波特（Davenport）首次 提出舒适度与房屋顶层加速度关系。现在有一些 计算建筑物顶层加速度的经验公式，但是常常还 需要通过风洞试验确定。 建筑物的风洞试验要求在风洞中能实现大气 边界层内风的平均风剖面、紊流和自然流动，即 能模拟风速随高度的变化，大气紊流纵分量与建 筑物长度尺寸应具有相同的相似常数。一般来说， 风洞尺寸达到宽为2～4m、高为2～3m、长为5～ 30m时可满足要求。同时，风洞试验必须有专门 的风洞设备，模型制作也有特殊要求，量测设备 和仪器也是专门的。 简 介

模型种类 √刚性压力模型→ √气动弹性模型→ √刚性高频力平衡模型→

模型种类 ✓刚性压力模型 ✓气动弹性模型 ✓刚性高频力平衡模型

√刚性压力模型 此模型最常用,建筑模型的比例大约1:300~1 500,一般采用有机玻璃材料,建筑模型本身、周 围建筑物模型、以及地形都应与实物相似,与风洞 流动有明显关系的特征如建筑外形、突出部分都应 在模型甲正确模拟。模型上布置大量直径为1.5mm 的测压孔,有时多达500~700个,在孔内安装压 力传感器,试验时可量测各部分表面上的局部压力 或吸引,传感器输出电信号,通过采集数据仪器自 动扫描记录并转换为数字信号,有计算机处理数据, 洞试验状需持续605左右,稍应时为1。 这种模型是目前在风洞试验中应用最多的模 型,主要是量测建筑物表面的风压力(吸力),以 确定建玧物的风衙载,用于结构和维护构件的设计

此模型最常用，建筑模型的比例大约1：300～1： 500，一般采用有机玻璃材料，建筑模型本身、周 围建筑物模型、以及地形都应与实物相似，与风洞 流动有明显关系的特征如建筑外形、突出部分都应 在模型中正确模拟。模型上布置大量直径为1.5mm 的测压孔，有时多达500～700个，在孔内安装压 力传感器，试验时可量测各部分表面上的局部压力 或吸引，传感器输出电信号，通过采集数据仪器自 动扫描记录并转换为数字信号，有计算机处理数据， 从而得到结构的平均压力和波动压力的量测值。风 洞试验一次需持续60s左右，相应时间为1h。 这种模型是目前在风洞试验中应用最多的模 型，主要是量测建筑物表面的风压力（吸力），以 确定建筑物的风荷载，用于结构和维护构件的设计。 ✓ 刚性压力模型

“珠江帆影”高层建筑群风洞试验

“珠江帆影”高层建筑群风洞试验[11]

气动弹性模型 此模型则可更精确的考虑结构的柔度和 自振频率、阻尼的影响,因此不仅要求模 拟几何,还要求模拟建筑物的惯性矩、刚 度和阻尼特性。对于高宽比大于5的、需要 考虑舒适度的高柔建筑采用这种模型更为 合适。但这类模型的设计和制作比较复杂, 风洞试验时间也长,有时采用刚性高频力 平衡模型代替

此模型则可更精确的考虑结构的柔度和 自振频率、阻尼的影响，因此不仅要求模 拟几何，还要求模拟建筑物的惯性矩、刚 度和阻尼特性。对于高宽比大于5的、需要 考虑舒适度的高柔建筑采用这种模型更为 合适。但这类模型的设计和制作比较复杂， 风洞试验时间也长，有时采用刚性高频力 平衡模型代替。 ✓气动弹性模型

刚性高频力平衡模型 该模型是将一个轻质材料的模型 固定在高频反应的力平衡系统上,也 可得到风产生的动力效应,但是它需 要有可能模拟结构刚度的基座杆及高 频力平衡系统

该模型是将一个轻质材料的模型 固定在高频反应的力平衡系统上，也 可得到风产生的动力效应，但是它需 要有可能模拟结构刚度的基座杆及高 频力平衡系统。 ✓刚性高频力平衡模型

李正良团队风洞试验 菜园坝大桥(已完成) c朝天门大桥

⚫ 菜园坝大桥（已完成） ⚫ 朝天门大桥 李正良团队风洞试验