第 36 卷
式中: k 为峰值因子, 取 2. 5~ 4. 0, 试验中取值为 k
= 3. 5; Cp mean为压力系数平均值; Cp rms 为压力系数
的根方差. 利用压力系数的最大值和最小值, 在对内
压修正的基础上可以求得极值风压
当 Cp时
DEN G H ongz hou , LI Feng, H U X iaoyi
( Department of Building E ngineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)
Abstract : A comparative study is made of the it ems of w ind loads bet ween Load Code for t he Design of Building St ruct ures ( GB 50009- 2001) of China and Minimum Design Loads for Buildings and Ot her St ruct ures ( ASCE7- 02) of America to study t he difference of w ind resistant design of cladding bet w een 10 min and 3 s duration t hroug h w ind tunnel tests. T hen, an engineering example is g iven t o i-l lust rat e t he det ailed designing process about cladding t hrough w ind tunnel t ests, and t he w ind loads based on GB 50009- 2001 and ASCE 7- 02 are compared. A conclusion is draw n that t hough t he ca-l culat ing processes of w ind loads on cladding based on GB50009- 2001 and ASCE7- 02 are diff erent, the results are almost consistent . Key words: cladding; w ind t unnel test; t ime- durat ion; pressure coeff icient
p max = p g , 3 s Cp mean, max - q i( GCp i ) ,
GCpi = - 0. 18
( 11)
p m in = p g , 3 s Cp mean, min - qi ( GCp i) ,
GCpi = + 0. 18
( 12)
式中: p g , 3 s 为 3 s 时距的梯度 风压值; Cp mean, max 和 Cp m ean, m in为各层所有测点中压力系数平均值的最大
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计方法的研究文献, 本文通过两国规范关于设计风 压规定的对比, 研究了通过风洞试验进行围护结构 抗风设计的计算方法. 在此基础上, 通过一个工程实 例对中美方法的计算结果进行了对比. 该工程位于 美国佛罗里达濒海地区, 此地区遭遇龙卷风频繁, 基 本风速较大( 本文工程实例中, 3 s 时距平均的基本 风速为 58. 13 m#s- 1, 相当于我国 10 min 时距平均 的基本风速为 38. 75 m#s- 1) , 围护结构常遭受风灾 而破坏. 受美国阁朗芙公司委托, 在同济大学 T J 2 大气边界层风洞中对某佛罗里达小高层建筑进行了
美国规范 规定, 取 C 类地 貌、离 地 10 m 高度
处、年出现概率为 0. 02( 相当于 50 年一遇) 、时距为 3 s 的风速值为基本风速. 高度 z 处的速度压力( 相
当于我国的 Lzw 0) 应按下式计算:
qz = 0. 613v 2
( 6)
式中: v 为高度 z 处的风速; qz 单位为 Pa. 从中美规范的规定中可以看出, 中美规范围护
风荷载是围护结构设计的控制载荷, 对于体型 复杂的不规则的建筑, 根据规范不能得到准确的围 护结构设计风压, 需要进行风洞试验. 中国5建筑结 构荷载规范6 ( GB 50009 ) 2001) ( 以下简称/ 中国规 范0) 规 定的基 本 风压 时距 为 10 m in, 美 国5 Min-i
mum design loads for buildings and ot her st ruct ures6 ( ASCE 7 ) 02) ( 以下简称/ 美国规范0) 规定的基本 风压时距为 3 s, 中美关于时距规定的不同, 决定了 围护结构风荷载计算方法的不同.
w k max = ( Cp max + W) p g, 10 m in
( 8)
当 Cp mean< 0, W= - 0. 2( z / z g) 2A时
w k min = ( Cp m in + W) p g , 10 min
( 9)
式中: p g, 10 min为 10 min 时距的梯度风压值; W为内压
构设计的风压
根据概率统计理论可知, 各测点在某一风向来
流的作用下, 其 压力 系数 的最大 和最 小值 Cp max, Cp min分别为
Cp max = Cp mean + kCp rms ( 7)
Cp m in = Cp mean - kCp rms
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同 济 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)
构设计的风压
通过试验所得的各层所有测点中压力系数平均值 的最大值 Cp mean, max 和最小值 Cp mean, min, 根据美国规范, 在围护结构设计时, 将各个测点的平均风压系数与 3 s 梯度风压的乘积, 可以作为覆面构件的风荷载; 以式 ( 4) 为依据, 通过下式得到各层用于围护结构设计的风 压最大值 p max( 正压) 和最小值 p min( 负压) :
称为体型系数. 美国规范则都考虑了脉动风的影响, 即结构同一表面上的压力系数不是一个统一的值,
而是根据墙面、墙角边以及与风向的关系不同而有
所变化. 对于体型不规则的建筑, 用于围护结构设计
的压力系数需要通过风洞试验测定, 在此基础上进
行围护结构设计的方法中美有所不同. 1. 3 根据中国规范应用风洞试验方法进行围护结
p = qh [ ( GCp ) - ( GCp i) ]
( 3)
高于 18. 3 m 的建筑
p = q ( GCp ) - qi( GCpi)
( 4)
女儿墙
pp = qp ( GCp - GCpi)
( 5)
式中: p 为设计用风压( 标准值) ; q 为 z 高度处速度 压力; G 为阵风 响应因子; Cp 为外部压 力系数; q i 为用于确定内部风压的速度压力; Cpi 为内部压力系 数; qh 为高度 h ( 结构高度) 处的速度压力; p p 为净 压力; qp 为顶部女儿墙的速度压力. 进行围护结构 抗风设计时, 阵风影响系数 G 实际取 1.
关键词: 围护结构; 风洞试验; 时距; 压力系数
中图分类号: T U 312. 1
文献标识码: A
文章编号: 0253- 374X( 2008) 08- 1034- 06
Study on Wind Resistant Design of Cladding Based on Wind Tunnel Tests
结构设计风荷载计算涉及的主要参数有: 基本风压 或风速, 与体型相关的系数( 体型系数、压力系数) ,
与脉动风相关 的系数( 风 振响应系数、阵风响应因
子) . 基本风压或风速的统计规定主要涉及到地貌、
平均风速时距、标准高度、最大风速样本、重现期和
风速的线型六方面的内容, 中美规范最大差别在于
平均风速时距的不同, 中国规范时距为 10 min, 美
风系数 Bgz 近似考虑脉动风瞬间增大的影响, Bgz 采 用下式计算:
Bgz = k ( 1 + 2 Lf )
( 2)
式中: Lf 为脉动系数; k 为地面粗糙度调整系数; Bgz 的取值在中国规范中查表得到.
1. 2 美国规范基本规定 美国规范围护结构设计的风压计算公式如下:
低矮建筑, 低于 18. 3 m
公式为
w k = Bg z Ls Lz w 0
( 1)
式中: w k 为风荷载标准值; Ls 为风荷载体型系数; Lz 为风压高度变化系数; w 0 为基本风压; Bgz 为高
度 z 处的阵风系数.
对于基本风压, 中国规范规定: 基本风压是以当 地空旷平坦的地面( B 类地貌) 上、离地 10 m 高度处
修正系数; z 为围护结构的高度; z g 为梯度风高度.
通过规范查得的阵风系数 Bgz 与通过试验得到
的压力系数平均值 Cp mean在对内压修正的基础上可
以求得阵风风压
w kgust = ( Bg z Cp mean + W) p g, 10 min ( 10)
在实际应用中为了安全起见, 取阵风风压和极值 风压中较大值( 绝对值) 作为围护结构设计的风压值. 1. 4 根据美国规范应用风洞试验方法进行围护结
风洞测压试验研究; 并分别通过中美规范计算得到 了围护结构的设计风压, 进行了对比分析. 通过本文 的讨论, 为我国工程设计特别是涉外工程, 应用风洞 试验进行围护结构抗风设计提供了参考.
1 中美通过风洞试验进行围护结构抗 风设计方法
1. 1 中国规范基本规定
对于围护结构风荷载的计算, 中国规范的计算
国规范为 3 s. 根据国内外学者所得到的各种不同时 距间平均风速的比值统计可知, 时距 3 s 的风速值