低矮开洞建筑风致内压试验研究

樊友川,顾 明,全 涌

(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092)

由于建筑物门窗破坏等原因导致开洞,外部气流沿开洞传播,风致内压急剧增大,使得内外风压共同作用成为导致建筑结构破坏甚至倒塌的重要原因。通过一系列不同条件下的单个常开洞低矮建筑刚性模型风洞测压试验,分析了内压的脉动特性以及脉动来源,同时利用稳态理论与非定常理论预测内压系数,并与试验值进行比较。风洞试验原型为单跨双坡低矮建筑,纵向长度为90 m,跨度为45 m,高跨比为0.8,屋面坡角均为3°。模型几何缩尺比为1∶100。模型均在一侧纵墙开洞。模型示意图见图1。

图1 风洞试验模型示意图

由图2可知,低频段即小于5 Hz时内压脉动主要来自来流紊流作用;中频段即5～50 Hz区间内内压脉动主要源于旋涡脱落、尾流干扰等;高频段即50 Hz以上内压脉动主要是赫姆霍兹共振导致。

图2 内压系数与开洞墙面外压系数的自功率谱

图3 内风压系数试验值与稳态理论预测值

图3为内压系数稳态理论计算值与试验值。由图可知,稳态理论运用于平均内压的估计可以得到较为精确的结果。但是模型的内压脉动估计值普遍偏大,所以采用稳态理论计算内压脉动值通常不准确,实际设计中采用稳态理论计算内压峰值会取得偏安全的结果。

图5 内风压系数试验值与非定常理论预测值

图4 内风压系数时程模拟值与试验值

非定常响应方程预测内压脉动时程可以得到良好的结果,如图4、5所示,非定常方法预测的内压时程与试验内压时程非常相似,当洞口摩擦损失系数取为45时,模拟效果较好。