《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JG102-2003規(guī)定:“玻璃幕墻的風(fēng)荷載標準值可按風(fēng)洞試驗結(jié)果確定;玻璃幕墻高度大于200m或體型、風(fēng)荷載環(huán)境復(fù)雜時,宜進行風(fēng)洞試驗確定風(fēng)荷載。”
有的論文提出:“風(fēng)洞試驗值比規(guī)范更精確”。“ 風(fēng)洞試驗之所以精確,因為它真正模擬表現(xiàn)出了風(fēng)對于不同建筑物的影響”。上海×××中心“由國際著名風(fēng)工程專家×××主持×××邊界層風(fēng)洞試驗室完成的風(fēng)洞實驗。其實驗數(shù)據(jù)翔實,方法可靠,結(jié)論合理。”這些論點值得商榷。
我們要認識到,風(fēng)洞不能自動創(chuàng)造某建筑物所在地點的風(fēng)環(huán)境,并得出建筑物表面各處風(fēng)荷載。建筑物所在地區(qū)的風(fēng)速是通過風(fēng)速儀等儀器長期觀測紀錄、并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計分析得出的;對風(fēng)剖面還要用高桅塔或高空氣球來測得不同高度風(fēng)速后進行數(shù)理分析、回歸成公式來表述。因此不是風(fēng)洞創(chuàng)造預(yù)定的風(fēng)環(huán)境,而是人根據(jù)長期觀測資料的分析結(jié)果確定風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù),風(fēng)洞試驗時在風(fēng)洞中摸擬大風(fēng)邊界層流場,風(fēng)洞中摸擬的風(fēng)環(huán)境與再現(xiàn)的預(yù)計風(fēng)環(huán)境近似程度完全取決于人對風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù)的理解和運用。如果風(fēng)環(huán)境參數(shù)選擇不當(dāng),則模擬的風(fēng)環(huán)境與預(yù)定情況大相徑庭。同時還要指出風(fēng)洞試驗的結(jié)果主要是體型系數(shù)—來流風(fēng)壓與建筑表面實際(壓)吸力的比值,也有的風(fēng)洞試驗可在風(fēng)洞中的各高度調(diào)整風(fēng)速來測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積),各處的風(fēng)荷載是將測點的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點風(fēng)速換算成實際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算出來的風(fēng)壓,即風(fēng)荷載是計算值,而不是直接從風(fēng)洞試驗中得到,在計算中采用的風(fēng)環(huán)境計算參數(shù)取值直接影響風(fēng)荷載計算結(jié)果。
上海×××中心風(fēng)洞試驗報告中“×××對上海風(fēng)環(huán)境進行研究后,在其風(fēng)洞試驗報告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa。這與按規(guī)范GB50009中上海地區(qū)50年回歸期基本風(fēng)壓0.55 KPa,并經(jīng)風(fēng)壓風(fēng)速轉(zhuǎn)換后利用規(guī)范公式7.6.2-2推導(dǎo)的結(jié)果比較,×××的梯度風(fēng)風(fēng)壓結(jié)論介于地粗面糙度A類B類之間,而不是通常認為的陸家嘴地區(qū)為地粗面糙度C類。”上海地區(qū)基本風(fēng)壓0.55 KPa是根據(jù)上海氣象臺歷年(50年以上)來的最大風(fēng)速記錄,經(jīng)統(tǒng)計分析確定的(規(guī)范對梯度風(fēng)高度分別規(guī)定為hTa=300m、hTb=350m、hTc=400m、hTd=450m)。上述風(fēng)洞試驗報告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa,沒有說明梯度風(fēng)高度取多高,梯度風(fēng)風(fēng)速用什么方法(儀器),經(jīng)過多少(幾十)年、取得多少(幾十、幾百、幾千、幾萬-----)個樣本,用什么方法得出的。怎樣得出比規(guī)范更精確的結(jié)論的。
在大氣邊界層內(nèi),風(fēng)速隨離地面高度而增大。在大量觀測資料積累的基礎(chǔ)上,基于相似理論得出的近地層的風(fēng)速廓線(剖面) 近似符合指數(shù)規(guī)律,盡管這種方法具有思路清析、概念明確、易于操作的特點,但從對若干個有100m以上的超高層建筑地區(qū)不同高度最大風(fēng)速記錄統(tǒng)計分析,100m以上風(fēng)速廓線(剖面)并不符合指數(shù)規(guī)律,而是呈拋物線或多項式曲線分布。風(fēng)洞試驗時一種方法是取全斷面同一流場速度(流場速度的不均勻性小于2%),試驗的結(jié)果主要是體型系數(shù)(來流風(fēng)壓與建筑表面實際(壓)吸力的比值),用此體型系數(shù)乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)和用風(fēng)洞對應(yīng)點風(fēng)速換算成實際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算的風(fēng)壓的結(jié)果即為設(shè)計風(fēng)荷載(陣風(fēng)還考慮陣風(fēng)系數(shù))。另一種方法是風(fēng)洞試驗時,在風(fēng)洞中試驗區(qū)前設(shè)擋板、百頁、擱柵、濾網(wǎng)等使試驗區(qū)風(fēng)洞剖面上、下各點風(fēng)速不同,并使風(fēng)洞風(fēng)剖面符合規(guī)定的指數(shù)規(guī)律,試驗的結(jié)果測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積),測點的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點風(fēng)速換算成實際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算出來的風(fēng)壓,得出風(fēng)荷載值,但是風(fēng)剖面取不同指數(shù)值,會得出不同結(jié)果。例如上海中銀(浦東國際金融)大廈風(fēng)洞試驗,同濟大學(xué)取α=0.16(基準點取為350 m、基準點風(fēng)壓3.8 KPa),得230m處風(fēng)荷載為7KPa,上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18(基準點取為230 m、基準點風(fēng)壓1.65KPa),得230m處風(fēng)荷載為7.49KPa,如果將上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18用算換公式C=(230/10)0.16×(230/10)0.18=0.939,7.49×0.939=7.03≈7.00KPa。上海×××中心‘風(fēng)洞試驗報告’報告的“風(fēng)洞試驗值與按規(guī)范公式計算結(jié)果不同,按規(guī)范公式計算風(fēng)壓隨樓層高度而升高,在400米處,即規(guī)范的(C類)梯度風(fēng)高度趨于平穩(wěn)。但風(fēng)洞試驗顯示風(fēng)壓在260米處達到最大,然后開始隨高度上升平穩(wěn)下降”(也有部分風(fēng)洞試驗報告有類似報告)。不過上述‘風(fēng)洞試驗報告’未說明風(fēng)洞試驗區(qū)風(fēng)洞風(fēng)剖面指數(shù)α取值(按C類還是介于地粗面糙度A類B類之間)。風(fēng)洞試驗值與按規(guī)范公式計算結(jié)果不同,形成這種差異的原因還不能確定,是來流風(fēng)速對高層建筑的效應(yīng)就是這樣,還是風(fēng)洞中風(fēng)環(huán)境(有風(fēng)洞壁約束)與自然界風(fēng)環(huán)境(自由流通)的差異形成的,誰更精確要用實踐是檢驗真理的唯一標準來評價,即在進行過風(fēng)洞試驗的建筑上每隔一定高度,同時設(shè)風(fēng)速儀和風(fēng)壓板,測出某一高度大氣流場風(fēng)速和同一高度建筑上風(fēng)壓值,積累觀測資料得出更精確的結(jié)論。
風(fēng)壓是速度壓,風(fēng)速只是代表在自由氣流中某點的風(fēng)速,房屋建筑設(shè)計時不能直接以該風(fēng)速作為結(jié)構(gòu)荷載,因為房屋本身并不是理想地使原來的自由風(fēng)流停滯,而是讓氣流以不同方式在房屋表面繞過,因此房屋對氣流形成某種干擾,要完全從理論上確定氣流影響的物體表面的壓力,目前還是做不到。一般都是通過試驗的方法確定風(fēng)作用在建筑物表面所引起的壓力(吸力)與來流風(fēng)壓的比值,即風(fēng)荷載體型系數(shù),它表示建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律,主要與建筑物的體型與尺度有關(guān)(荷載規(guī)范共列出38種基本體型),一些高層建筑采用一些特殊的體型(非基本體型),且不同高度采用不同的截面形狀,沿高度變化的截面風(fēng)壓分布復(fù)雜多變,例如正負風(fēng)壓系數(shù)都出現(xiàn)在雙園弧面尖角拐角,雙園弧面與過渡段交接處的尖角上有極強的壓力脈動等,這些分布規(guī)律在荷載規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)表中是查不到的,需要通過風(fēng)洞試驗來驗證和確定。
風(fēng)洞試驗用模型為實際尺寸的1/200~1/400,如1/400模型上最外一測點距邊5mm,它反映的是建筑上距邊2m處的風(fēng)壓值,風(fēng)壓值在邊角部變化很快,測點微小的變化即會引起較大的偏差,就是說風(fēng)洞模型在邊角部的讀數(shù)有可能與實際值存在偏差,因此,對于邊角部風(fēng)壓值要在風(fēng)洞試驗值的基礎(chǔ)上考慮適當(dāng)調(diào)整。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009指出:“對封閉式建筑物,考慮到建筑物內(nèi)實際存在的個別孔口和縫隙,以及機械通風(fēng)等因素,室內(nèi)可能存?zhèn)在正負不同的氣壓”。“驗算圍護構(gòu)件及其連接的強度時,可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)----二、內(nèi)表面 對封閉式建筑物,按外表面風(fēng)壓的正負情況取-0.2或0.2。”而風(fēng)洞試驗只反映外表面的正負風(fēng)壓,因此設(shè)計時要在風(fēng)洞試驗值的基礎(chǔ)上考慮內(nèi)表面局部風(fēng)壓體型系數(shù)。
《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009指出:“當(dāng)多個建筑物,特別是群集的高層建筑,相互間距較近時,宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng);一般可將單獨建筑物的體型系數(shù)μs乘以相互干擾征增大系數(shù),該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定;必要時宜通過風(fēng)洞試驗得出。”當(dāng)周圍有較多高層建筑時,這一群體對風(fēng)產(chǎn)生特定的群體干擾因而形成了特定的風(fēng)環(huán)境,對所設(shè)計的高層建筑也會產(chǎn)生影響,受到群體干擾影響時,對稱的截面形狀會出現(xiàn)并不對稱的風(fēng)壓分布,特別是上游和下游建筑物對氣流產(chǎn)生的干擾造成群體干擾影響下的氣流特性與單體有很大差別,其風(fēng)壓分布復(fù)雜多變,而我國現(xiàn)行規(guī)范未考慮群體干擾的影響因素,這些分布規(guī)律在荷載規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)表中是查不到的,需要通過風(fēng)洞試驗來驗證和確定。必須指出風(fēng)洞試驗時,群體干擾效應(yīng)必須采用最不利組合,例如上海中銀(浦東國際金融)大廈風(fēng)洞試驗時,進行了有或無交銀大廈的對比試驗,無交銀大廈時北面鄰緊交銀大廈大面上風(fēng)壓有所增大,有交銀大廈時,由于交銀大廈的存在,+143米近邊緣處局部風(fēng)壓系數(shù)增大近4倍。因此,風(fēng)洞試驗時,不僅要考慮現(xiàn)有建筑布局,而且要考慮將來建筑布局變化后的不利影響,取最不利組合。
回答時間:2014-4-26