围护结构风荷载的尺寸折减效应研究

梁 益,全 涌,顾 明

(同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092)

风荷载是控制围护结构设计的主要荷载,工程中常常直接采用围护结构上的测点风压极值的最大值进行围护结构设计。但作用在结构上的风压并不是完全相关的,这导致围护结构上不同部位的脉动风压产生的作用效果在一定程度上相互抵消,总的风荷载作用效果将随围护结构尺寸的增大而减小,这种现象称为围护结构风荷载的尺寸折减效应。本文简要总结和比较了目前研究围护结构风荷载尺寸折减效应的方法,介绍了相关研究成果。

关于风压空间折减效应的研究有三种主要方法:直接平均法、相关分析法以及移动平均法。简要介绍如下:①直接平均法:通过同步测压得到测点的风压时程,并对这些时程按面积加权进行瞬时相加后便可获得测点所在区域内的面积平均风压的时程,进而得到面积平均风压的平均值、脉动值和极值。②相关分析法:掌握建筑表面脉动风压的相关关系对于围护结构的设计至关重要。研究者通过现场实测和风洞试验对建筑表面的风压进行了大量的相关性分析,得到了建筑表面不同区域的风压相关系数,可作为围护结构设计时一个有用的参考依据。③移动平均法:对某个测点的风压时程进行移动平均处理后计算得到风压极值,并以此来代替该测点所在区域内对应面积的面积平均风压极值。

在研究围护结构风压的尺寸折减效应时,可直接得出对应于不同面积的面积平均风压,或给出面积平均风压的尺寸折减因子kp:

式中:Cp,min(A)和Cp,max(A)分别代表围护结构表面面积为Am2上的面积平均风压的极小值和极大值,Cp,min(1)和Cp,max(1)分别代表1 m2面积上面积平均风压的极小值和极大值。影响风压尺寸折减效应的因素很多,简要讨论如下:①地貌条件的影响:研究者对不同地貌下低矮房屋以及高层建筑表面的面积平均风压以及风压相关性均进行了研究,但研究还不全面,没有总结出规律性的成果。②建筑外形尺寸的影响:某些研究者对不同高度的低矮建筑屋盖表面的面积平均风压进行了研究,发现高度对尺寸折减因子的影响不明显。③屋顶坡度的影响:研究者对不同坡度的低矮建筑屋盖的面积平均风压进行了系统研究,相关成果已编入规范。ASCE7-02中将屋顶坡度划分为0°＜β≤7°、7°＜β≤27°、27°＜β≤45°来分别给出面积平均风压的取值。④结构构造的影响:某些文献研究了女儿墙、挑檐、阳台等结构构造对面积平均风压的影响,受篇幅所限,这里不详细介绍。⑤围护结构位置的影响:低矮建筑屋盖角部和屋脊角部风压的折减程度较大,屋盖边缘及内部区域风压的折减效应较小。高层建筑表面不同部位的风压相关性不同,面积平均风压折减程度也不同,如图1所示。

图1 高层建筑墙面不同区域的风压折减因子图