【摘 要】
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在低矮建筑的风致破坏中,强风作用下屋面易损区开孔破坏所占比例较高,而稳态开孔和瞬态开孔为主要破坏方式。本文基于A、B、C类地貌,以缩尺比1:40、坡角18.4°的双坡低矮建筑为研究对象,进行屋面易损区稳态和瞬态开孔风洞试验。重点分析稳态开孔屋面内压和脉动风压特性、瞬态开孔过冲效应和瞬态内外压特性,对比研究不同地貌屋面易损区开孔瞬态和稳态内压特性,探讨开孔试验内压与规范内压的对比值,以及最不利作用时
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在低矮建筑的风致破坏中,强风作用下屋面易损区开孔破坏所占比例较高,而稳态开孔和瞬态开孔为主要破坏方式。本文基于A、B、C类地貌,以缩尺比1:40、坡角18.4°的双坡低矮建筑为研究对象,进行屋面易损区稳态和瞬态开孔风洞试验。重点分析稳态开孔屋面内压和脉动风压特性、瞬态开孔过冲效应和瞬态内外压特性,对比研究不同地貌屋面易损区开孔瞬态和稳态内压特性,探讨开孔试验内压与规范内压的对比值,以及最不利作用时屋面净风压极值系数的规律。结果表明,各开孔工况屋面内压分布均匀,但受开孔位置和来流风向影响程度不同,内压与开孔率、来流作用孔口长度有关,且背风面开孔对内压有削弱作用。屋面内压随风向角变化明显,且背风面开孔规律与迎风面差异明显。屋面内外压脉动特性与孔口来流距离密切相关,且斜风向时孔口局域的脉动效应对屋面影响较大。不同开孔位置屋面外压谱差异较大,而内压谱受Helmholtz共振和漩涡脱落影响显著,且背风面开孔风压谱受风向角影响明显。屋面开孔内外压相关性以正相关为主,孔口处内外压相互抵消作用明显,且未开孔侧内外压相关性明显小于开孔侧,对低矮建筑不利。屋面易损区瞬态开孔时,过冲比随开孔位置的变化差异较大,且背风面开孔会产生更显著的过冲效应。对比未开孔、开孔瞬态以及开孔稳态三阶段屋面外压,开孔破坏对外压产生明显的瞬态效应,且稳态外压相比未开孔外压也有较大差异,在低矮建筑抗风设计中需重点考虑瞬态效应及开孔的影响。在屋面易损区开孔三种不同状态下的内压系数中,稳态内压极值和瞬态脉冲内压分布较均匀,而内外压共同作用下的净风压极值系数随测点位置的不同变化较大。净风压极值最不利作用位置主要分布在孔口靠近屋檐一侧、迎风屋面角部和尾部区域、背风屋面角部屋檐以及屋脊区域。在A、B和C类地貌下,随风场湍流度增大,屋面内压逐渐增大,且湍流度越大内压波动越剧烈。在三种地貌类别下,规范值总是偏小于试验值,且不同开孔位置时计算精度大小与来流作用在孔口的距离有关。根据试验结果,建议低矮建筑在屋面仅有一主导开孔且开孔率大于0.02小于等于0.1时,且A类地貌时,其内部风压系数可取为0.5~1.0倍孔口外压系数;B类地貌时,可取为0.7~1.0倍孔口外压系数;C类地貌时,可取为0.3~1.0倍孔口外压系数。随着湍流度增加,瞬态过冲比基本呈线性增长。A和B类地貌净风压极值系数较为接近,而C类明显大于A和B类,且在孔口屋檐处、屋面角部和尾部处以及背风屋面屋脊处受到的内外压联合作用效应最为显著。
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