某高层建筑风洞测压试验分析

贺宝林

（中国建材国际工程集团有限公司，上海200063）

蚌埠豪生国际大酒店项目位于安徽省蚌埠市，为五星级标准涉外宾馆，酒店屋面设计标高近百米。在主体结构完工后，业主希望在酒店屋面增加高度约45m的钢结构塔架造型，如图1所示。为了确保该项目塔楼及钢结构造型在使用阶段的抗风安全性，有必要对该高层建筑在设计风速作用下结构的风荷载及其分布以及位移、加速度响应进行风洞试验研究。同时根据风洞试验的结果，对高层建筑的抗风安全性以及在设计风速范围内结构三维风振特性及该楼居住人员的舒适性进行详细的研究并供设计使用。

1 风洞试验设备

该建筑结构模型风洞实验在湖南大学进行，边界层风洞的截面为3.0m×2.5m（宽 × 高）的 矩 形，该 试 验 段 的 风 速 在0～20.0m／s内可调。风洞试验以主建筑物为中心，模拟半径500 m范围内的主要周边建筑，置于风洞试验段转盘上，进行数据测量。模型与实物在外形上保持几何相似，缩尺比为1∶200，高度为60.275cm。周边环境模型比例也为1∶200。将模型固定在风洞试验室的转盘上，如图2所示。

2 测量系统

2.1 风速测量系统

大气边界层模拟风场的调试和测定是用三维脉动风速测量仪、A／D板、PC机和专用软件组成的系统来测量。该系统可以用来测量风洞流场的平均风速、风速剖面、湍流度以及脉动风功率谱等数据。

2.2 风压测量、记录及数据处理系统

风压测量、记录及数据采集及处理系统由电子式压力扫描阀系统、PC机、以及自编的信号采集及数据处理软件组成风压测量、记录及数据采集及处理系统。

3 实验工况

风洞试验时，每一个风向测量一组数据。正北向设为0°，风向角间隔为15°，逆时针旋转，总共有24个风向。测点分布图，见图3。

4 测点布置

塔架下层沿周边布置了28个双面测点，塔架上层沿周边布置了12个测点，如图3所示。由于篇幅的原因，这里只给出塔架下层的测试结果。

5 试验结果分析和实际风荷载确定

1）最大平均风压系数及最大平均风荷载值

测点最大平均风压系数为2.08，风向角为330°，相应的50年重现期的风压值为1.53kPa。

2）最小平均风压系数及最小平均风荷载值

测点最小平均风压系数为－1.10，风向角为300°，相应的50年重现期的风压值为－0.81kPa。

3）全风向极大峰值风压系数及峰值风压

测点全风向极大峰值风压系数为3.10，风向角为15°，相应的50年重现期的风压值为2.29kPa。

4）全风向极小峰值风压系数及峰值风压

测点全风向极小峰值风压系数为－2.16，风向角为135°，相应的50年重现期的风压值为－1.60kPa。

5）测点局部体型系数

各测点在4个垂直方向的局部体形系数及分布见图4。

6）风振舒适度

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）中3.7.6的规定，高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定，办公及旅馆建筑10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度不应超过0.25m／s2。通过风洞试验数据计算的结构顶部X向最大加速度为0.152m／s2，Y向为0.158m／s2，平动舒适度满足规范要求，结构顶部绕Z轴最大扭转加速度为0.000 45rad／s2。

6 结 论

a.从蚌埠豪生国际大酒店墙体外表面测点的压力系数结果可以看出，气流在外墙面的棱角处出现明显的分离，且在分离区出现较大的负压。

b.从试验结果可以看出，受到周边建筑的影响出现明显的建筑群体效应。

c.总体来说，沿高度方向，较大正风压出现在大楼约1／2以上高度处，并且在主体结构的周边拐角区域、受内外压影响的顶部，其风荷载较大。

d.经数据分析，并与以往类似结构的风洞试验结果相比较可以得出本试验所获得的数据是可靠的，达到了试验的目的。

e.建筑的风振舒适度满足规范要求。

［1］ GB 5009—2012，建筑结构荷载规范［S］.

［2］ 张相庭.工程结构风荷载理论和抗风计算手册［M］.上海：同济大学出版社，1990.

［3］ 埃米尔·希缪，罗伯特·H·斯坎伦.风对结构的作用——风工程导论［M］.刘尚培，项海帆，等译.上海：同济大学出版社，1992.