低矮房屋屋面风压特性的实测研究

大量的风洞试验，人们已经初步掌握了一些有代表性 的低矮房屋在非台风风场环境下的风载特性及近地边 界层的风场特征。
对单个低矮房屋而言，不同的风场环境，不同的
土木工程学报
２００８钽
建筑体型及表面特征会影响建筑物表面的风压分布及 其特性。为获取低矮房屋（体型比为１．５：１：１）在 沿海地区不同风场下、尤其是强台风作用下的风载特 性，本文作者在广东某海岸建造了一个可移动式的原 型实测房（追风房）。对比同体型比低矮房屋的风洞 试验数据，分析并总结了不同风场环境下的屋面风压 及体型系数的分布规律。鉴于本文在沿海风场下的原 型低矮房屋实测在国内外尚属首次创新性研究，其成 果可为我国改进低矮房屋的抗风设计提供有价值的 依据。
１角２０对０的应实的测屋与面风风洞数 压据系进数行的分平析均，获 值得（Ｕ了、各标自准风差向
（ｃ；。Ｊ及其风压峰值（ｃ品）、（ＧＪ，利用等压线方 式表示屋面的风压分布规律（见图４一图７），可得出 如下结论：
（１）屋面风压在各工况下全部为负压，在迎风屋 面屋沿附近由于气流发生较强分离，形成了局部负压 峰值区域。
（２）实测房设计为平屋面，考虑排水因素，设计 坡度为２％（坡面角为１．１０）。
（３）考虑运输条件的限制，将实测房分为４个单 元，并可在监测现场进行拼接（具体见图１）。 １．１．２监测环境
本试验楼观测点设在广东电城南海海岸，南北向 迎海，场地平整，视野开阔（见图２）。
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面上设置了４６个测点观测在沿海风场下的屋面风压。通过对原型低矮房屋的现场实测，分析了坡度为２％的低矮
房屋屋面平均、脉动及峰值风压系数的分布规律，并总结了在不同风场、不同时段屋面体型系数的变化规律。通
过与尺寸比为１．５：１：ｌ（长：宽：高）低矮房屋风洞试验数据对比研究，结果表明实测与风洞试验的平均风压
系数及体型系数结果基本吻合，验证了风洞试验方法的有效性及可靠性，同时也讨论了两者的差异，得到一些有
价值的结论，为今后改进低矮房屋的设计提供依据。
关键词：低矮房屋；风压；风压系数；现场实测
中图分类号：ＴＵ３１１．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００．１３１Ｘ（２００８）０６－０００９—０５
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ ｏｎ ａ ｌｏｗ·－ｒｉｓｅ ｆｕｌｌ－－ｓｃａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
Ｄａ／Ｙｉｍｉｎｌ Ｌｉ Ｑｉｕｓｈｅ，ｚ９１’２ Ｌｉ Ｚｈｅｎｇｎｏｎ矿 （１．Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｉｔｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｕｌｌ．ｓｃａｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａ ｌｏｗ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｒｏｏｆ ｐｉｔｃｈ ｏｆ ２％．ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅａｎ，ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｅａｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｒｅａ—ａｖｅｒａｇｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａ ｍｏｄｅｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｆ ＬｘＢＸ日＝６ ｒｅｘ４ ｍｘ４ ｍ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｌｏｗ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｔ ｓｅａｓｈｏｒｅ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ｗａｓ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｖａｉａｂｌｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ ｄａｔａ．Ｉｔ ｉＳ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＯｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｉＳ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｆｏｒ ｗｉｎｄ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌｏｗ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；Ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｙｍｚｚｙ＠１６３．ｃｏｒｎ
（４）水平角为１２００的工况由于在迎风屋沿气流 分离导致的负压峰值明显比９００的工况要大。
（５）９０。工况的实测值与风洞数据风压系数分布
（ａ）‰
（ｂ）‰
（ｃ）‰
（ｄ）ｃ胂
Ｆｉｇ．５
图５风洞试验屋面风压系数分布图（如ｏ） Ｗｉｎｄ ｒｏｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｎｔｏｕｒｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
表１设备参数表 Ｔａｂｌｅ １ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｆｉｇ．１
图１实测房组装图 Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
图２现场实测图 Ｆｉｇ．２ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
注：上述传感器在安装前均在风洞实验室进行过标定与修正。
屋面Ｉ
屋面２
—＿＿——＿－—一 ——’——－－～
甲房（Ｉ）
＼
乙房（２）
／
甲房架
乙房架
墙１
Ｆ嘻３
图３测点分布图 Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔａｐ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ０１１ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ
１．３实测仪器 根据实测目的，在实测房表面布设了风压传感器，
同时在屋顶桅杆上不同高度处安装了风速仪，实测的 风速、风向及风压信号通过ＣＲ一５采集仪（配备的软 件具有计算与分析的功能）同步采集。上述试验仪器 的主要参数指标见表Ｉ。
的平均值表示屋面的压力比值（风载体型系数），其
土木工程学报
２００８年
计算式如下：
／Ａ∑＝上ｑＡ；１＿
（２）
以８段（１０ｒａｉｎ时距为１段）不同风速、不同风
向的试验数据展开屋面体型系数变化规律的对比分
析，获得如下结论（见图８一图９）：
童：仁ｊ＝车二离噼＝＃划 ⅢＬ．Ｒ…芒一Ｌ…．ｉ一三Ｌ一一Ｅ一一ｊ一纛０１Ｙ３１正：Ｌ一．三．．Ｅ一‘三一一≤一一一：‘一一：＝：’二：ｊ●
（２）水平角为９００的工况：实测迎风屋面屋沿
Ｃ一＊一１．２２，Ｃ孟ａ一５．８；风洞试验迎风屋面屋沿 ｃ，一一一１．３；Ｃ呻一＿４．８。两者风压系数平均值接近， 但实测风压极值负压Ｃ■要大近２０％。
（３）水平角为１２００的工况：实测迎风屋面屋沿
ｃＰ一一一２．０５，Ｃ孟一一８．１；风洞试验迎风屋面屋沿 ｑ一一一２．０；Ｃ呻一一７．８。两者风压系数平均值接近， 实测Ｃ孟绝对值略大于风洞数据。
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（ａ）Ｇ一
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（ｃ）Ｃｌ
（ｄ）ｃＰ一
图４实测屋面风压系数分布图（如ｏ） Ｆｉｇ．４ Ｗｉｎｄ ｒｏｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｎｔｏｕｒｓ ｆｒｏｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ（９０。）
注：表中风洞试验数据均为东京工艺大学风洞数据，其中实测工况２ （风向角１２００）与风洞试验的水平风向角一致（具体见图３与图 ７箭头），湍流度及风向角为１０ｍ高度值。
第４１卷第６期 ２ ０ ０ ８年６月
土木工程学报 ＣＨＩＮＡ ＣＩＶＩＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＪＯＵＲＮＡＬ
Ｖ０１．４１ Ｊｕｎ．
Ｎｏ．６ ２００８
低矮房屋屋面风压特性的实测研究
戴益民１李秋胜１’２李正农１
（１．湖南大学，湖南长沙４１００８２；２．香港城市大学，香港）
摘要：为准确研究低矮房屋的风载特性，建造了尺寸为６ｍ×４ｍ×４ｍ（长×宽ｘ高）的全尺寸实测房屋，在屋
基金项目：湖南大学“９８５工程”资助 作者简介：戴益民，博士研究生，副教授 收稿１３期：２００７－０５．２４
为了解低矮房屋的风载特性，在过去４０多年， 许多学者借助现场实测及风洞试验等主要手段，开展 了大量低矮房屋的风载特性研究，取得了不少有意义 的成果。但风洞试验中存在几何缩尺比、模型过小导 致雷诺数降低及很难模拟低矮房屋周围的风场环境等 问题，为更全面、准确地定量研究低矮房屋的风载特 性，国外学者对低矮房屋的现场实测研究主要如下：
２．１屋面风压分布
低矮房屋的抗风设计需要将确定结构所受到的风
荷载状况，结构风荷载一般是以结构风载体型系数或
结构表面风压系数的方式表示的。风压系数为风在建
筑表面引起的实际压力与来流风压的比值，本文计算
风压系数的公式如下［１０】：
， ～１ 一面ｐ获丽
，ｕ１７、
式中Ｐ为空气密度、ｕ为屋面高处的平均风速。 本文对时长１０ ｍｉｎ、平均风向角分别为９００与
２试验结果及理论分析
历次风灾调查表明，低矮房屋的破坏基本为屋面
第４ｌ卷第破坏【９】。本文以实测房所取得的数据为基础， 结合东京工艺大学（Ｔｏｋｙｏ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）低 矮房屋风洞试验的数据，对体型比为１．５：１：１ （长：宽：高）低矮房屋屋面的风压特性，从实测与 风洞试验对比分析角度，对该试验房的风压特征进行 了研究。两者的主要参数见表２。