28大跨弧形屋面风荷载特性的风洞试验研究.pdf

第37卷第10期
建筑结构
2007年10月
大跨弧形屋面风荷载特性的风洞试验研究
潘元
张顺强薛中兴
(长安大学西安710064)(中国建筑西北设计研究院西安71000
[提要]根据榆林机场航站楼风洞试验结果,详细分析了大跨弧形屋面及弧形挑篷上的平均风荷载、脉动风
荷载及其极值分布,研究了平均风荷载、脉动风荷载的分布特性。根据分析可知,大跨弧形屋面上同时存在压
力和吸力,压力主要分布在屋面弧面起坡处,吸力主要分布在屋面挑篷部位;大跨弧形屋面的峰值吸力对风向
角的变化特别敏感。给出了100年重现期屋面极值风荷载等压线图和体型系数,所得结论对于西部地区此类
结构的抗风设计有参考作用。
关键词]风荷载风洞试验体型系数
Experimental Investigation on Characteristics of wind Loads on Large Are Roof/Pan Yuan, Zhang Shungiang', Xue
Zhongxing(1 Chang'an University, Xi an 710064, China; 2 China Northwest Building Design Research Instutute, Xi'an
710003. China
Abstract: Based on wind tunnel investigation of Yulin airport terminal old buildings, the mean wind loading, the dynamic
wind loading and extreme-value distribution of the large are roof are studied. Compressive stress and suction force are
concurrence on the large are roof by analysis. Compressive stress distributes on the start of arc, and suction force distributes
on the overhang. Peak suction is in particular sensitive to wind direction. It presents wind load s extremum and sha
coefficient in 100-year design reference period. The conclusion supplies references to similar structures in design of resistin
wind at westward region
Keywords airport terminal building; wind load; wind tunnel test; shape coefficient
引穹
榆林地区气候属暖温带和温带半干旱大陆性季风
气候,经常出现沙尘、沙暴天气,最大风速超过30m/s。
榆林机场新建航站楼主体结构为钢筋混凝土框架结
构,长126.2m,宽48.2m,屋面结构采用大跨度钢管桁
架结构轻型屋面,造型为弧形,曲率半径最小处为
53m,最大处为139m,平面投影尺寸约65.4mx138m,屋
面围护材料为铝合金复合保温板。屋面最高处17.4m
(空侧),最低处11.0m(陆侧),正立面(陆侧)檐口悬挑
图2试验模型照片
雨篷出挑12.2m,檐口高11.5m;背立面(空侧)檐口悬
挑雨篷出挑8.2m,檐口高14.2m(图1)。该屋面属典型试验模型为一刚体模型(图2),具有足够的强度和刚
的质量小、柔度大、自振频率低的风敏感结构。
度,在13m/s的试验风速下不发生破坏并且不出现振
动,保证了压力测量的精度。根据风洞试验段尺寸、内
am吗???
部空间大小和压力打描阀尺寸,选择模型的几何缩尺
登机桥
比为1/70。模型共分8个区域进行测压,屋面从中部
(1F)±.00
分为对称的A,B两区,共设置了213个测点;人口分为
1000
E,H两区,共设置56个测点;出口分为C,F两区,共设
置82个测点;两侧面分别为D,G区,共设置100个测
图1建筑平立面
点。八个区合计设置451个测点2。
试验概况
根据设计要求,试验中模型方位和风向见图1,屋
风洞试验在长安大学风洞试验室进行。测压风洞面B区测点布置如图3所示。
依次减小,而后缘吸力几乎没有变化,图4-6的测点
登机桥
挑檐
116~916和101~901反映了这一现象。
02202302402
加加
从图4~6可以看出,风向角为180°时,气流在屋
000
803
面迎风面前缘分离后,屋面由于弧形降低,气流没有附
着在屋面上,速度减小,压力增大,所以屋面中部迎风
107207
面前缘吸力最大,以后突然减小,直到后缘出现压力;
270刘a
308B区°508
而屋面边部迎风面前缘到后缘吸力由小到大变化,中
间出现正压区。
弧形屋面的峰值吸力対风向角的变化特别敏感,
l1321331341351
214入i
814
从图4~6的测点数据可以看出,屋面边缘的峰值吸力
15215“315执415"51561589
集中出现在风向角30°-150°范围内,屋面中部的峰值
r
吸力集中出现在风向角180附近。
图3屋面B区测点布置
由各测点均方根脉动风压系数随风向角变化曲线
(图6)可知,屋面边缘部位的脉动风压系数普遍比屋
根据该项目的实际情况,取A类地貌风场,试验工
面中部大,而屋面边缘部位以角点部位最大,这说明气
况为六种:エ况一出入口封闭;工况二入口打开;工况流在边缘和角点产生流动分离,速度和压力都产生了
三出人ロ全开;工况四出入口封闭,风攻角改变;工况剧烈的变化,而且这种变化与风向角密切相关。
五入口打开,风攻角改变;工况六出入口全开,风攻角2.2极值风荷载和屋面体型系数
改变。试验中风向角间隔取为15°,以实际风向NE20p
为0°,按逆时针方向增加,总共有24个风向角。
0
在前三种工况下,需对24个风向角进行试验,后
.
三种工况只改变主导风向角下的风攻角,总计77个工崀
91
作状态。
1.2
912
2风荷载分布特性
116
-3666120180240"930360
060120180240300
2.1平均风压系数和均方根脉动风压系数分布特性
风向角0
a)屋面中部
(b)西面挑篷
由于屋面结构东西对称,仅取西边屋面即B区工
况二的测点数据进行分析。测点101~116位于屋面
中部,测点901~916位于屋面西面挑篷处,测点101
901位于屋面南面挑篷处,高度为16.5m,测点116
区计
16位于屋面北面挑篷处,高度为110m。以上测点的
316
301
4-516
平均风压系数和均方根脉动风压系数随风向角变化如
366"66~i"is6~246300~360-3