发帖
雷达卡
近年来，随着大跨屋盖结构被广泛使用于火车站、机场航站楼等公共建筑中，而其自振频率低和质量轻等特点，导致在进行其结构设计时风荷载就成为了主要控制荷载。对于结构新颖、造型独特的张拉膜结构，其风压分布情况也有显著差异，因此用现行的建筑结构设计规范提供的数据或解析方法难以确定其风荷载特性，必须通过风洞试验获得的风压系数进行分析。
对于不同型式的张拉膜结构，风压分布具有不同特点。矢跨比较小时，来流在迎风面分离，因而在迎风区产生风吸力；而矢跨比较大时，屋面的气流分离主要发生在背风面，迎风面可能产生风压力。而对于火车站同时存在这两种型式的膜结构比较少见，本试验刚好对出现在同一场地、同一风场的流线型椭球面膜结构和上翘式弧形膜结构进行风荷载特性研究，对比较它们风压分布规律的异同提供了更具有参考价值的依据。在汉斯出版社《流体动力学》期刊中，有学者以某火车站为工程背景，通过风洞试验的方法，获取两种不同型式膜结构屋盖表面的风压系数，进而研究其各自的风荷载特性，并进行对比分析。
试验在西南交通大学风工程试验研究中心XNJD-3边界层风洞中进行。该风洞的试验段尺寸为22.5m(宽)×4.5m(高)×36m(长)，位居世界同类风洞第一，风速范围为1.0~16.5m/s，主要技术指标均已达到世界先进水平。风洞底壁设有转盘，可实现风向角0˚到360˚范围内的变换。压力测量仪器采用美国Scanvalve电子扫描阀，风速测量仪器采用澳大利亚TFI100眼镜蛇脉动风速仪。崇州站由大小不尽相同的6个膜结构组成，周围建筑和建筑结构复杂，综合考虑需要模拟的结构几何尺寸和风洞试验段尺寸，模型的几何缩尺比取为1:50。模型在风洞中的阻塞比小于5%，满足风洞试验要求。
大气边界层是指地球表面之上几百米到一千米范围内的大气层，此范围内的建筑物风效应较为显著，因而需要在风洞试验中对其主要特性予以模拟。大气边界层内空气流动的特性受很多因素影响。其主要特性表现为平均风速和紊流度沿高度的分布。
建筑结构荷载规范中用指数α作为区分不同地表的指标。针对该结构所处的位置，其边界层应属B类地区，即α=0.15的流场。流场校测试验结果表明，本项目试验采用的大气边界层风速剖面指数α为0.15，与目标值十分吻合；大气边界层底部紊流度为16%，稍高于目标值，但仍符合测压试验要求，但仍符合测压试验要求。
实验结论：1)对典型测点风压系数随风向角的变化规律而言：椭球面膜结构上表面典型测点的风压系数随风向角在迎风面时为正，转到背风面时为负，下表面中心典型测点II7-14的风压系数随风向角的变化过程中一直为负；弧形膜结构典型测点的风压系数波动范围较小，基本处于−0.2~0.4，随风向角的变化不明显；在任意风向角下，椭球面膜结构风压系数的绝对值大于弧形膜结构。
2)对风压分布规律而言：椭球面膜结构在105˚和195˚风向角下，迎风面受压，背风面受吸，下表面最大负压系数出现在结构中部；弧形膜结构在0˚风向角下迎风面受压，背风面受吸，而在270˚风向角下，结构表面以吸力为主下表面最大负压系数出现在结构边缘。
3)通过对比分析，两种不同型式的张拉膜结构在风顺着矢跨比较大的方向吹来时，两种型式的膜结构表面在迎风面受压，背风面受吸，最易被掀翻；在风顺着两种张拉膜结构矢跨比最小的方向吹来时，弧形膜结构整体承受向上的升力，受力均匀，而椭球面膜结构表现为迎风面受压，背风面受吸，故这种结构在此情况下有被风从背风面掀翻的趋势。
京公网安备 11010802022788号
