非均匀地形的低矮建筑物风荷载干扰效应研究项目摘要

针对平屋面、双坡屋面和柱状屋面等三种典型低矮建筑物，通过风洞实验的测速、测压和流场粒子显示技术，并结合CFD数值模拟，研究上游远距离地形、中距离地形和近距离附近建筑物，对近地边界层风场和低矮建筑物风荷载的影响机理，提出适合屋面风荷载特性、考虑空间相关性折减效应的极值风压计算方法，建立水平非均匀地形的近地边界层风速模型和典型形式单体低矮建筑物的平均与极值风荷载模型。通过风洞实验，并结合人工神经网络技术，针对工业园区低矮建筑群和处于城市中心区的低矮建筑物等两大类低矮建筑物，研究在水平均匀和非均匀地形条件下，地形粗糙度长度系数、风向、周围干扰物分布形式、建筑物密度、低矮建筑物自身几何形状等参数，对建筑群周围的气流流动模式、湍流特性、建筑物表面平均和极值风压的影响规律，揭示地形和周围建筑物对低矮建筑物的风荷载干扰机理，建立考虑干扰效应的低矮建筑物围护结构抗风设计方法。

低矮建筑房屋高度低，风荷载易受到周围建筑物的干扰效应影响，建筑物表面风压分布与单体建筑物存在较大区别。本项目通过风洞实验，并结合CFD数值模拟，针对工业园区低矮建筑群和处于城市中心区的低矮建筑物等两大类典型建筑群开展干扰效应研究；针对平屋面低矮建筑群，系统研究了风向、间距等对2个相同低矮建筑物、1排3列、3排1列以及多排多列低矮建筑群的风荷载干扰效应影响规律，给出了屋面平均风压和极值风压系数的干扰因子变化规律，建筑群角部建筑物风荷载放大效应明显，其建筑物屋面角部区域放大更为明显，中心区域建筑物主要呈现遮挡效应；给出了不同建筑群布置下，建筑物之间流动模式的界限，阻力系数曲线在不同流动模式间距界限处出现跳跃性变化，建筑物表面风压也呈现特殊分布形式；揭示了非均匀地形条件下单体建筑物和群体建筑物的风荷载变化规律，建筑物之间距离较近时干扰效应受非均匀地形影响比建筑物间距较大时的影响更为显著；研究了高层建筑对低矮建筑物风荷载的影响规律，高层建筑物对低矮建筑物的风压特性影响显著，当低矮建筑物位于高层建筑物迎风上游时，距离较近时出现明显的正压现象，当位于高层建筑物的迎风下游时，低矮建筑物表面负压出现明显的放大现象，且间距越近，高层建筑物高度越大时，影响越显著。 2100433B

本项目主要研究构建一套能够满足低矮建筑物风荷载和复杂地貌的近地面风场状况实测研究需要、同原型尺寸基本相当、可移动的的模型房屋及测试系统。在台风登陆时将该系统布置在台风登陆地区开展实测研究，变被动的等待台风登陆为主动的寻找台风，创造开展实测研究的机会。重点研究强台风时近地面风场状况（风速剖面、湍流度剖面、功率谱等）和低矮房屋风荷载状况，获得具有工程意义和科学价值的实测数据。将近年来迅速发展的新方法和新技术应用于实测系统的建造和实测数据的分析，以获得更加准确和可靠的实测数据，发现低矮建筑物风效应的典型性特征。将现场实测、风洞试验、数值模拟等研究手段结合起来开展低矮建筑物抗风问题的研究，挖掘不同研究手段所获得结果的相似性特征，检验风洞实验和数值模拟方法的准确性和可靠性，进一步的改进风洞实验和数值模拟方法。提出在台风作用下低矮建筑物的等效风荷载确定的新方法，为低矮建筑物的抗风设计提供可靠的依据。 2100433B

采用现场实测、风洞试验和LBM模拟，研究近海山地区域的风场与低矮房屋风荷载。本项目拟在我国近海的3种典型山区地貌上，以既有典型2-7层低矮民宅和拟研制的1套可移动式2层足尺实验房为试验对象，建立近海山地风场和低矮房屋风荷载的现场实测基地、并进行实测，获取台风作用下近海山地的风场和低矮房屋风荷载特性。接着通过开展低矮房屋风荷载的风洞试验和LBM模拟研究，结合分形等数据分析方法，将现场实测结果与风洞试验和LBM模拟结果进行对比分析，根据总结出的相关规律和特征改进风洞试验和LBM模拟方法，以提高风洞试验和LBM模拟的准确性，并以此解决低矮建筑物风荷载研究的一些重要基础性问题，澄清一些目前尚不清楚的认识，为此类结构的抗风设计和以后规范中相关条文的修改、增加积累数据和提供参考。本项目成果对于提高我国近海山地区域低矮房屋的抗风能力、减轻风灾损失、提高城乡建设规划和低矮房屋建设的技术水平具有重大价值。