典型低矮双坡房屋极值风压估算方法及干扰效应研究

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我国华南沿海一带属于台风高发区且建有大量低矮双坡房屋,由于台风造成低矮房屋的损坏给我国沿海地区居民造成巨大的经济财产损失。研究表明,低矮房屋损毁主要因为屋面由于流体分离而产生的巨大吸力掀翻屋盖,或者由于墙体上的门窗受损,风从外界涌入,使内压产生巨大的瞬时脉冲压力,造成巨大的内外压力差而损坏屋面等。此过程中极值风压是风致灾害的控制因素,其准确估算是抗风设计的关键。值得注意的是,此类房屋多以建筑群的方式存在,并列布置是其常用的方式之一。而并列布置的建筑物之间存在明显的干扰效应,干扰效应的存在使其风荷载明显区别于单体工况,忽略这种干扰效应,会使得抗风设计部分位置存在安全隐患,部分位置又过于保守。本文采用风洞试验方法对并列布置双坡低矮房屋表面风压的风致干扰效应进行研究。受扰建筑是长、宽、高分别为14m×11m×4m,屋顶坡角为23o的双坡屋面低矮房屋,施扰建筑尺寸与受扰建筑相同并与受扰建筑并列布置,干扰间距在0.5~22m范围内变化。首先,分析平均风压的干扰效应;然后对比不同的极值风压估算方法,选取其中适合复杂干扰状况的估算方法以后进一步分析极值风压的干扰效应,主要结论如下:1.平均风压干扰效应最为明显的区域是靠近施扰建筑的屋面和纵墙,其平均风压系数随干扰间距变化明显,在间距分别为0.5m和1m时取得最大值,此时的干扰因子分别为1.4和2.0,分别有40%和100%的放大率。然后干扰效应随着间距增大逐渐减小,当间距达到16m时,干扰因子都降为1.0,基本不存在干扰效应了。而远离施扰建筑的屋面、纵墙、迎风山墙及背风山墙的干扰效应较弱,施扰建筑的有无以及干扰间距的变化对其平均风压影响较小。2.用峰值因子法、Cook&Mayne法和修正的Hermite矩模型变换法对单体工况下低矮双坡房屋表面的极值风压进行估算,通过误差率分析其精确度,相比于忽略非高斯过程的峰值因子法和Cook&Mayne方法,修正的Hermite矩模型变换法对低矮双坡房屋表面极值风压系数的计算精度更高,各测点的误差率稳定在20%左右。因此后续极值风压干扰效应采用修正的Hermite矩模型变换法进行数据分析。3.极值风压干扰效应最明显的区域是靠近施扰建筑的屋面和纵墙,其极值风压随间距变化明显,在间距分别为0.5m和3m处取得最大值,此时的干扰因子分别为1.6和2.05,分别有60%和105%的放大率。然后随着间距的增大其值逐渐减小,当干扰间距达到22m时,屋面的干扰因子都降为1.0,基本不存在干扰效应了。而靠近施扰建筑的纵墙的部分区块的干扰因子为1.17,仍然保持17%的放大率。远离施扰建筑的屋面、纵墙、迎风山墙及背风山墙的干扰效应较弱,其极值风压保持稳定,随间距变化的变化幅度较小。上述结论可为此类矮房屋规划设计提供参考依据。
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