低矮房屋屋面实测峰值风压分析_李秋胜

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收稿日期 : 2009 -08 -31 基金项目 : 国家 985 工程资助项目 ( 现代结构与桥梁创新平台 ) ; 十一五 国家科技支撑计划资助项目 ( 2006BA J06B05- 5) 作者简介 : 李秋胜 ( 1962- ) , 男 , 湖南永州人 , 湖南大学博士生导师、 教育部长江学者讲座教授 通讯联系人 , E -mail: bcqs li@ cit yu. edu . hk
低矮房屋屋面实测峰值风压分析
李秋胜
摘
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, 胡尚瑜 , 戴益民 , 李正农
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( 1. 湖南大学 土木工程学院 , 湖南 长沙
410082; 2. 香港城市大作者研制的一套可移动实验房及测试系统对近地登陆台风风速和房屋表
面风压进行同步观测 , 研究登陆台风近地边界层风场和低矮房屋风效应. 基于 0801 浣熊 台风实测数据, 分析了实验房屋面角部区域局部峰值负压分布特征和相关性 , 探讨了角部区 域峰值压力时间和空间的平均拆减效应. 结果发现, 峰值负压系数大于现行规范规定值 ; 并 运用广义极值概率模型极值 III 型对角部测点峰值负压进行极值分析 , 角部测点峰值负压 系数与其实测峰值负压相比要大 26. 4% . 相对良态天气条件, 在台风天气作用下低矮房屋 屋面角部区域局部易形成较高吸力远大于现行规范推荐值. 关键词 : 风压实测 ; 低矮房屋; 台风观测; 峰值压力 ; 极值分析 中图分类号 : T U 312 文献标识码: A
Analysis of t he Field M easured Suct ion Peak Pr essure Coef ficient s on t he Flat Roof of a L ow - rise Building
LI Qiu - s heng 1, 2 , H U Shang - yu1 , DAI Yi m in1 , LI Zheng - nong 1
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湖南大学学报 ( 自然科学版 )
2010 年
我国是世界上受台风影响最严重的国家之一 , 每年平均有 8 个登陆台风. 东南沿海是我国经济最 为发达的地区, 而且也是台风经常登陆的地区 . 台风 所造成的人员伤亡和财产损失主要由低矮房屋的风 损和风毁所造成 . 例如 2006 年桑美超强台风登陆我 国浙江苍南, 造成 441 人死亡 , 50 000 间房屋倒塌 , 绝大部分为低矮居民房屋. 近 30 多年以来, 尽管国 外有关学者 , 对良态气候条件下低矮房屋风荷 载特性开展现场实测研究, 已经掌握了一些低矮房 屋载风荷载特性及近地边界层的风场特征, 然而尚 未对在台风天气条件下, 低矮房屋风荷载和近地登 陆台风风速进行同步观测. 针对我国东南沿海地区 台风对低矮建筑的风损和风毁破坏问题, 本文作者 研制出一套可移动实验房屋及测试系统 ( 简称实验 房) . 在台风登陆期间利用实验房获取了登陆台风近 地风速和房屋表面风压同步实测数据, 为研究近地 风场特性和低矮建筑物风荷载提供了可靠、 准确的 实测结果 . 本文基于 0801 号 浣熊 台风登陆期间台 风风速、 实验房表面风压实测结果 , 分析了在正面斜 风作用下实验房屋面角部区域峰值负压分布特征和 相关性, 探讨了角部区域峰值压力时间和空间的平 均效应; 并运用广义极值概率模型极值 III 型对角 部测点峰值负压进行极值分析 . 相对良态天气条件 , 在台风天气作用下低矮房屋屋面角部区域易形成更 高的局部峰值负压 . 本文的结果将为在台风多发区 域低矮房屋的抗风设计提供有用的参考依据 .
( 1. Co llege of Civ il Eng ineering , H unan U niv, Changsha, H unan 410082, China; 2. Dept of Building and Constructio n, City U niv of H ongko ng , H ong ko ng , China)
型房屋和 10 m 高测 风气象塔杆组成, 实验 房观测 点布设在广东省电白县电城镇海岸 , 南北向迎海, 场 地平坦开阔, 场地条件和实验房外观如图 1 所示. 试 验房在屋面设置了 46 个风压测点、 墙面 68 个测点 . 采用 set ra265 型 号微差压传感 器对建筑表面 风压 进行观测 ; 同时在气象塔杆 7. 5 m 和 10 m 两个高 度处分别安装了 young 05106 机械式风速仪、 81000 三维超声风速仪对风速、 风向进行观测 . 通过由 60 通道组成 CR -5 中心控制采集系统 , 对风速、 风向及 风压信号同步采集 . 整个系统和主要试验仪器的技 术参数详见文献 [ 5] 的介绍.
[ 1- 4]
1 2 台风观测 0801 号台风浣熊在登陆过程中 , 虽未直接途径 实验房 , 但受其外围 7 级风圈影响 . 实测房屋实测 3 s 时段内最大平均风速为 27. 9 m/ s, 1 m in 时段内最 大平均风速为 21. 4 m/ s, 10 m in 时段内最大平均风 速为 19. 6 m/ s. 如图 2 所示 , 实验房最大风速 160 m in 时段内 , 最大平均风速为 14. 0~ 19. 6 m/ s, 平 均风向角为 100 ~ 128 .
第6期
李秋胜等 : 低矮房屋屋面实测峰值风压分析
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向可以满足要求 .
各 屋面 山 墙 与 屋 面边 缘 测 点 ( t ap11, t ap13, t ap23 和 t ap31) 最小风压值发生在 7 705 s 时刻左 右范围内 , 相应 风向角为 125 , 风 攻角为 35 范围 内 ; 角部中间区域测点 ( tap21, tap22, t ap33) 最小风 压值发生在 7 705 s时刻左右范围内, 相应风攻角为 25 范围 内; 测点 t ap12, t ap32 最 小风 压 值发 生在 7 815 s 时刻左右范围内 , 相应风攻角为 35 范围内. 在斜向风风攻角 35 范围内, 参考风速压力相差不 大 , 各边缘测点压力最小值间具有较好的同步性 . 屋面参考风速压力如图 4 和图 5 所示. 风速压 力的变化范围为 24~ 572 P a, 平均参考风速压力为 192 P a. 风向时程如图 5 所示 . 风向角的变化范围为 69 ~ 165 , 整体平均风向角为 120 , 风向角变化显
1 3 测点与风压采集 本文主要分析角部边缘测点峰值负压情况 , 角 部测点布置及屋面风向角定义如图 3 所示 . 垂直屋 脊方向风向角为 0 和 90 , 角部测点正面斜向风向 角范围为 90 ~ 180 , 相对屋面山墙边缘风攻角为 0 ~ 90 . 角部测点按 3 行 3 列排列共 9 个测点, t ap12 表示第 1 列第 2 行测点 , 角部两边缘测点距离山墙 边缘和屋檐边缘均为 0. 05 h = 0. 2 m, 各测点之间 行、 列间距为 0. 1 h= 0. 4 m. 风速、 风压实时采样频 率为 20 H z. 因在台风天气条件下实测风速、 风向短 时间变化显著, 故选取样本时需要考虑风速、 风向变 化范围在 5% 内 , 经分析在 15 min 时距内风速、 风
第 37 卷 第 6 期 2 0 1 0 年 6 月 文章编号 : 1674 - 2974( 2010) 06 -0011 - 06
湖 南 大 学 学 报 ( 自然科学版) Journal of H unan U niversity( Nat ur al Sciences)
Vo l. 37, N o. 6 Jun 2 0 1 0
图 1 实验房场地条件 F ig. 1 T he locatio n and terr ain co ndition of instr umented building
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实测系统与台风观测
实验房和测风系统 实验房由 6. 0 m 4. 0 m 4. 0 m 可移动平坡
t/ m in
图 2 最大风速期间平均风速与风向时程曲线 Fig . 2 T ime histo ry of mean wind speed and direction r eco rd during max wind speed per iod
Abstract: A full scale mov eable inst rum ent ed low - rise building w as const ruct ed and implement ed t o measure t he w ind velocit y and the associat ed building surface pressur es during t yphoon landfalls. T he m a jo r object ive of t he f ield study w as t o f urt her underst and t he t y phoon - g enerat ed w ind charact erist ics and the w ind ef f ect s on t he low - rise building under ext reme w ind conditio ns. Based on t he pressur e data m eas ured on a r oof co rner of t he ex periment ed building during t he 0801 ty phoon Neog uri, it w as show n that hig h local suctions w ere observed under the oblique f low s, t he pressure dist ribut ion and t he cro ss - correla t ion coeff icient s bet w een v ar io us t aps o f a ro of co rner area. T he observed minim al pressure - coef ficients w ere hig her than t ho se recom mended fo r the desig n of t he corner zone by current design building codes. T he Generalized Ext reme V alue ( GEV) dist ribut ions were used t o f it t he peak suctio n pr essure coeffi cient s, and it w as found t hat the T ype III Ex tr em e V alue distr ibut io n m atched t he data w ell. It w as re v ealed that t he predict ed upper limit s of the peak pr essure co ef ficient s w ere mor e t han 20% hig her in mag nit ude t han t he hig hest values actually measured. Co mpar ed w it h t hose obtained under no n - t yphoo n w ind climat es, t he corner sect io n of t he roof ex perienced higher lo cal suct ions during t yphoons. Key words: pressure measurement ; low - r ise building ; t ypho on o bser vation; peak pr essure; ext reme value analysis