文档介绍：湖南大学
博士学位论文
低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究
姓名:戴益民
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:李秋胜
2010-03-13
低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究
摘要
我国是风灾活动频繁且受风灾影响很大的国家之一,如 2008 年 14 号强台风
“黑格比”于 2008 年 9 月 24 日在广东省电白县沿海登陆,造成直接经济损失 134
亿元以上,其中损坏或倒塌的低矮房屋达 万间。风灾统计表明,风灾损失主
要是由低矮房屋的破坏或倒塌所造成,低矮房屋屋面的角部、边缘和屋脊等区域
的局部风压比屋面平均风压要大的多,风灾中这些部位也是最先破坏从而引起建
筑的整体破坏,所以有必要了解低矮房屋屋面峰值风压的分布与风压脉动的变化
规律。
我国对低矮房屋风载特性研究(尤其是全尺寸现场实测)基本处于空白,尽
管我均风载体型系数有所规定,但没有考虑建筑物几
何尺寸、屋面坡角及风向角等因素的影响,尤其没有涉及到低矮房屋在台风等极
端风气侯环境下屋面局部风压系数取值以及局部风压脉动等问题。而近年来全球
气候变暖而导致风灾的数量与强度逐年增加,所以开展针对低矮房屋在我国沿海
地区不同风场下,尤其在强风风场作用下低矮房屋风载特性的研究,是我国结构
风工程一项紧迫而重要的课题。
本文基于尺寸比为 :1:1(长:宽:高)低矮房屋的风洞试验数据,分析了 9
类不同坡角的低矮房屋在 5 个不同风向的风场环境下迎风屋面屋沿、屋脊等局部
区域测点的平均、脉动及峰值风压系数。通过对比此类低矮房屋在不同坡角、不
同风向作用下屋面的风压变化规律,总结了坡角及风向对低矮房屋屋面局部风压
的影响规律。
基于建造在广东省电白县某海岸的低矮房屋原型实测房,成功对 0814 号强台
风“黑格比”、0801 号台风“浣熊”、0809 号强热带风暴“北冕”、0714 号热带风暴“范
斯高”及一些季风风场进行了监测,于国内外首次完整地获取了低矮房屋在台风、
热带风暴及季风等不同风场作用下的风压实测数据。本文对低矮房屋风载特性实
测研究主要从以下两个方面展开:第一部分,对实测强风的平均风速、湍流强度、
阵风因子、脉动风速谱及湍流积分尺度等风特性参数的分析,研究了实测房近地
风场状况,了解实测强台风、台风、热带风暴及季风的风特性;第二部分,利用
实测房表面布置测点捕获的风压实测数据,以不同风向、风速及湍流度等参数为
变量,重点分析了低矮房屋迎风屋面屋沿局部测点的平均、脉动及极值风压系数
的变化规律,并总结了其对应风场状况下的屋面体型系数。同时,采用等压线图
表达了不同风场下的屋面平均、脉动及极值风压系数的分布规律。分析了实测房
纵横向中线测点的风压分布规律,并探讨了屋面屋沿代表性测点的风压谱与之对
II
博士学位论文
应的风速谱。
基于缩尺比为 1:10 的低矮房屋风洞试验模型,以风速及湍流度为风场参数,
对低矮房屋表面风压的分布规律展开风洞试验研究。在风洞中尽量重现实测时的
风场及测试低矮房屋模型的风荷载状况,同实测数据相比较,检验了风洞试验方
法的可靠性,并探讨了风洞试验中存在的问题。
鉴于本文对在沿海台风风场环境下的全尺寸房屋实测在国内外尚属创新性研
究,其成果将为我国改进低矮房屋的抗风设计提供有价值的参考。
关键词:低矮房屋;台风;风载特性;全尺寸现场实测;风洞试验;风场;局部
风压;峰值风压;体型系数
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低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究
Abstract
Typhoon landfalling is frequent and strongly influenced by the windstroms in
majority of the damages occurred on low-rise buildings, Previous wind
disaster surveys indicated that most destroyed buildings in the disasters were low-rise
buildings. Hagupit, the 14th strong typhoon of the year 2008, made landfall in
Dianbai of Guangdong province on September 24 with wind speed of more than
kilometers per hour in its eye. The disas