泉州中芸洲海景花园建筑群体的干扰效应研究.pdf
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1、第2 9卷第2期 2 0 0 8年 4月 建筑结构学报 J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s Vo 1 2 9 No 2 Ap r i l 20 08 文章编号 : 1 0 0 0 8 6 9 ( 2 0 0 8 ) 0 2 - 0 0 1 9 - 0 6 泉州 中芸洲海 景花园建筑群体 的干扰效应研究 李寿英,陈政清 ( 湖南大学 风工程试验研究中心, 湖南长沙 4 1 0 0 8 2 ) 摘要 : 制作了缩尺比为 1 : 2 0 0的泉州 中芸洲海景花园 9栋高层建筑的刚性模型 , 在其外表面布置 足够 的测点进行了同步
2、测 压风洞试验。试验得到了该 9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数 。利用风洞试验得到的风荷载数据 , 研究 了该 9栋建筑的风致响应 , 包括位移 和加速度响应。结果表明 : 左右或下游建筑 的影 响可能会增大上游建筑 的背风面“ 吸 力” ; 泉州 中芸洲海景花园9栋高层建筑相互 干扰效应 主要表现为“ 遮挡” 效应 , 其顶部加速度 响应均小于规范限值 , 能满足 人体舒适度的相关要求 。 关键词 : 高层建筑 ; 风致干扰 ; 风压系数 ; 位移 ; 加速度 中图分类号 : T U 9 7 3 3 2 T U 3 1 7 1 文献标识码 : A T , 一 一 一 一 l nv
3、 e s t 1 g a t 1 O n O wi n d i nd u c e d i nt e fle r e n c e e ffe c t s O n t a l l b ui l di ng s o f Q u a n z h o u Z h o n g y u n z h o u I n t e r n a t i o n a l S e a s c a p e G a r d e n L I S h o u y i n g ,CHEN Z h e n g q i n g ( Wi n d E n g i n e e ri n g Re s e a r c h C e n t e
4、r ,Hu n a n U n i v e r s i t y ,C h a n g s h a 4 1 0 0 8 2,C h i n a ) Ab s t r a c t : A r i g i d mo d e l o f Q u a n z h o u Z h o n g y u n z h o u I n t e r n a t i o n a l S e a s c a p e G a r d e n i n c l u d i n g 9 t a l l b u i l d i n g s w a s b u i l t w i t h a s c a l e o f 1 : 2
5、 0 0a n d a d e q u a t e p r e s s u r e t a p s we r e a rra n g e d o n t h e e x t e r n a l s u r f a c e o f t h e s e b u i l d i n g s A wi n d t u n n e l t e s t w a s c a r r i e d o u t t o o b t a i n t h e wi n d l o a d s o n t h e m An d t h e n wi n d i n d u c e d r e s p o n s e s
6、 o f t h e s e 9 t a l l b u i l di n g si n c l u d i n g d i s p l a c e me n t a n d a c c e l e r a t i o nwe r e a n a l y z e d u s i n g t h e wi n d l o a d s o b t a i n e d b y wi n d t u n n e l t e s t T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s u c t i o n wi n d f o r e e o n l e e wa
7、r d wa l l o f a b u i l d i n g ma y b e ma g n i fie d b y t h e e f f e c t s o f p a r a l l e l o r d o wn s t r e a m b u i l d i n g s F o r t h e 9 h i g h r i s e b u i l d i n g s o f Q u a n z h o u Z h o n g y u n z h o u I n t e r n a t i o n a l S e a s c a p e G a r d e n, t h e i n t
8、 e rf e r e n c e s a mo n g t h e m ma i n l y e x h i b i t t h e“s h e l t e r i n g ”e f f e c t s T h e a c c e l e r a t i o n s o f t h e 9 h i g h r i s e b u i l d i n g s a r e s ma l l e r t h a n t h e s p e c i fie d i n Ch i n e s e Co d eS O t h e d e ma n d o f b o d y c o mf o r t c
9、 a n b e s a t i s f i e d Ke y wo r d s:h i g h r i s e b u i l d i n g;wi n d i n d u c e d i n t e rfe r e n c e;wi n d p r e s s u r e c o e f f i c i e n t ;d i s p l a c e me n t ;a c c e l e r a t i o n 0 引言 建筑结构的相互干扰问题在2 0世纪 3 0年代就已引 起 了研究者的注意 J 。1 9 6 5年 , 英 国渡 桥 电厂 的 2排 8 个冷却塔的后排 3 个塔倒塌, 研
10、究者认为是前排冷却塔 的干扰效应引起后排冷却塔风荷载的显著增大 , 从而导 致后排 3 个塔 的破坏 。在此之后 , 干扰效 应研究 成为 结构风工 程领 域 的研究 热 点之 一 。在 国内 , 黄 鹏 对 2个高层 建筑 之 问的相互 干 扰 问题 进行 了系 统 的风 洞试验研究 , 谢 壮宁 的干扰效应 研究则 主要针对 3个 高层建筑 。已有的研究表明 : 群体 建筑 的干 扰效应 在某 些情况下会使 得结 构上 的风 荷载 和 响应增 大。 中国规 范 、 澳大利亚规范 、 欧洲规范 和 A S C E规范 “ 等 均对干扰问题进行一定程度 的规定 。但是 , 由于问题 的 复杂性
11、 , 已有 的 系 统 研 究 主 要 针 对 2栋 或 3栋 建 筑 。对于超过 3栋建筑 的建筑 群体 , 干扰 效应研 究的 工况繁 多 , 难 以获得 一些 定量甚 至定性 的结论 , 目前 这 方面研究主要是针 对具 体工程 问题 。本文 以泉州 中 芸洲海景花园西部9栋 1 0 0 m左右的高层建筑群体为工 程背景, 制作了几何缩尺比为 1 : 2 0 0的刚性模型, 在 H D 一 2风洞试验室 的高速试验 段进行 了 同步测 压风洞试 验 , 详细研究了该 9 栋 高层建筑群体之问的相互干扰效应 。 基金项目: 国家自然科学基金资助项 目( 5 0 7 0 8 0 3 5 )
12、和中国博士后科学基金资助项 目( 2 0 0 6 0 4 0 0 8 7 3 ) 。 作者简介: 李寿英( 1 9 7 7 一) , 男, 江西萍乡人, 工学博士, 副教授。 收稿 日期: 2 0 0 7年 5月 1 9 维普资讯 http:/ 1 试验概况 泉州中芸洲海景花园试验在湖南大学风工程试验 研究 中心 的 H D 一 2大气边 界层风洞 的高速试 验段进 行。 该风洞为水平 回流式 , 包括 高速试 验段 和低速 试验 段。 高速试验段尺寸为 2 5 m 高、 3 O m宽 、 1 7 m长 , 转盘直径 为 1 8 m, 风速在 0 6 0 m s 范 围内连续可调。 泉州 中芸
13、洲海景花园西部的 9栋 1 0 0 m左 右高层 建 筑群的平面布置见 图 1 , 包 括酒店 、 酒 店式公寓 、 1 3号 住宅楼、 5 8号住宅楼。考虑到实际建筑的平面尺寸以 及风洞 试验段截 面大小 , 选择模 型的几何缩尺 比为 1 : 2 0 0 。 其风洞试验模 型照 片见 图 2 , 模 型包括 上述 9栋 建筑 以及 商业街 ( 裙房高度 1 8 5 m, 最 高建筑 4 4 1 5 m) 。 需要测压 的 9 栋 高层 建筑模型 采用 2 m m厚有 机玻璃板 制作, 商业街采用 A B S板制作 , 模型具有足够的强度和 刚度 。 在泉州 中芸洲海景 花园 的刚性模 型上
14、共 布置 1 8 5 7 个测点 。其中酒 店和酒店式公寓上布置 5 1 0 个 ; 1 号和 2 2 7 0 。 s o o 图 1 泉州中芸洲海景花园平面图以及风向角定义 F i g 1 P l a n o f Q u a n z h o u Z h o n g y u n z h o u I n t e r n a t i o n a l S e a s c a p e Ga r d e n a nd i t s wi n d d i r e c t i o n d e fin i t i o n 2 0 图2 泉州中芸洲海景花园风洞测压试验模型照片 Fi g 2 Ph o t o o
15、f t es t mo de l 号住 宅楼 上布 置 4 3 1 个 ; 3号 和 7号 住宅 楼上 布置 3 5 2 个 ; 5号和 6号住宅楼 上布置 4 1 2个 ; 8号住宅楼 上布置 1 5 2 个 。湖南大学风工程试验研究中心的电子式压力扫 描阀系统可进行 5 1 2 通道 的 同步测 压 , 酒店 和酒 店式公 寓 、 5号楼 和 6号楼 、 1 号楼和 2号楼 、 3号楼和 7号楼 、 8 号楼分别进行 同步压力测量 。 定义来流风风 向垂直于岛屿北岸 ( 也 即垂 直于酒店 和酒店式公寓裙房的北立面、 5号和6号楼的北立面) 从 西北方 向向东 南方 向吹为 0 。 , 按
16、顺 时针方 向增加 , 风 向 角定义如 图 1所示 。试 验 时通过转 动转 盘来 调整 来流 风向角 , 风 向角 间隔为 1 5 。 , 每次 同步压力 测量 有 2 4个 风向 , 共 1 2 0个风向角。 泉 州中芸洲 海景 花园 的周边 环境 与 中 国规 范 规 定 的 A类地貌类似 , 在湖南大学风工 程试验研究 中心 的 高速试验段模拟 了 A类地貌 , 图 3为在 风洞转盘 中心处 的平均风速剖 面和湍 流度 剖面 以及参 考 高度处 的脉 动 风功率谱。试验风速为 l O m s , 采样频率为 3 3 0 H z , 采样 时间为 1 8 1 8 s 。试 验时 参考
17、高度 设在 0 6 m, 采 用 皮托 管测该高度的总压和静压。 0 1 S 譬 0 0 1 0 0 01 u u , ( a ) 平均风速和湍流度剖面 ( b ) 顺风向脉动风谱 图3 平均风速和湍流度剖面、 参考高度处的脉动风功率谱 Fi g 3 Me a n wi n d v e l o c i t y a n d t u r b ul e nc e i n t e n s i t y pr o fil e s a nd PSD o f flu c t ua t i ng wi n d v e l o c i t y 维普资讯 http:/ 2 试验结果 风压系数定义为 其 中, C (
18、 t )为测点 i 处 的风压 系数 时程 ; P ( t )为试验 时测得 的测点 i 处的风压力时程 ; P 为试验时皮托管测 得 的静压值 ; p为空气密度 ; L 为建筑 顶部 日高度 处的 风速。 c ( t )的平均值为平均风压系数 , c ( t )的根方 差值 为脉动风压系数 。 下面主要介绍 1号住 宅楼 的南 立 面和北 立 面 的平 均风压系数和脉动风压系数。 2 1 平均风压 系数 图 4给出了 1号住 宅楼 的南 立 面 和北立 面在两 个 典型风向角下( 2 2 5 。 和 4 5 。 ) 平均风压系数的等高线图。 其中, 风向角为2 2 5 。 时 , 1号楼的南
19、立面为迎风面; 风向 角为 4 5 。 时 , 1号楼的北 立面为迎风 面。 从图 4 a中可 以看出 , 当来流风 向为 2 2 5 。 时 , 由于前 方无建筑的影 响 , 1 号楼南立 面 ( 正 面) 的平 均风压 系数 最大为 0 8 , 并且 最大 值约位 于建 筑 的2 3 高度处 , 这 与 已有 研究 的结果 时一致 的 。但是 , 在 1 号楼 的北立 面 ( 背面) 上 , 平 均风压 系数 均在 一0 9 5和 一1 0之 间 , 其 绝对值 比单个 孤立 建筑 背 面平均 风压 系数 的绝对 值要 大 ( 孤立建筑 为 一 0 5左右 ) , 这 主要是 由于 1 号
20、住宅 楼左 右和下游建筑 的阻塞 影响 , 增 大 了 1 号楼 的尾流风 速 , 使得 1 号楼背 面( 北立面 ) 的风“ 吸力” 增 大 。 从 图 4 b中可 以看 出, 当来流风 向为 4 5 。 时 , l 号住宅 楼的北立 面( 正 面) 的平 均风 压 系数 远小 于孤立 建筑迎 风面的值 , 且为负值 ( 一 0 0 5和 一 0 3之间) 。这 主要 是 由于前方建筑( 5 、 6 、 7 、 8号住宅楼) 的“ 遮挡” 效应造 成的。4 5 。 风 向角下 1 号住宅楼 的南立 面( 背 面) 的平均 风压系数为 一 0 5 5左右 , 与孤立建筑背面的平均风压 系 数值
21、大致相 当 。因此 , 由于上 游建 筑 的影 响 , 1号住 宅楼在 4 5 。 风 向角下 的顺风 向平均 风荷载 比孤立建筑 时 的要 小 。 2 2 脉 动风压 系数 图 5 给 出了 1号住 宅楼 南 立面 和北 立面 在两 个典 型风 向角下 ( 2 2 5 。 和 4 5 。 ) 脉动风压系数 的等高线 图。从 图 5中可 以看 出 , 当风 向角为 2 2 5 。 时 , 1 号住宅楼南 立面 ( 正面) 的脉 动风 压 系数 为 0 1 5和 0 3之 间 , 由于此 时 前方并无其他建筑干扰, 因此这完全是 由于来流紊流引 起的 。风向角为 2 2 5 。 时 , 1 号住
22、 宅楼北立 面( 背风面 ) 的 脉动风压系数为 0 1 5和 0 2之 间。当风 向角 为 4 5 。 时 , 1 号住宅楼南立 面 ( 背面 ) 脉 动风压 系数 为 0 0 8和 0 1 之问 , 北立面 ( 正面) 的脉 动风压 系数为 0 1 2和 0 2 4之 间。可以看 出 , 干扰效应并 未导致 1号住宅楼 上的脉动 风压系数产生显著变化。 3 风致 响应 3 1 计算理论 采用如下假 定 : ( 1 ) 高层建 筑风致 响应 主要包 括一 阶模态的响应 , 高阶模态的参与程度很低 , 本次计算仅 考虑一阶模态 ; ( 2 ) 高层建筑一阶模态为线性模态, 即振 型函数 ( )
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- 泉州 中芸洲 海景 花园 建筑 群体 干扰 效应 研究
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