台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

1、 74 工 程 力 学 式(3求得位移风振系数。表 3 为风速 9m/s 时四周 封闭模型和突然开孔模型的位移风振系数。从以上 不同大跨度柔性屋面模型的荷载风振系数和位移 风振系数计算结果可以看出： (1 大跨度柔性屋面结构的荷载风振系数在屋 面各节点数值分布不均匀，中间大，四周小。 表2 风速 9m/s 时四周封闭和突然开孔模型 的荷载风振系数 Table 2 Gust loading factors of round close model and sudden opening model at 9m/s wind speed 跨中沿 x 轴方向各节点的荷载风振系数 x/L y/L 四周

2、封闭 突然 开孔 1.14 1.31 1.87 2.29 2.24 1.67 1.34 1.09 1.19 1.60 2.01 1.84 1.64 1.35 1/12 1/2 2/12 1/2 4/12 1/2 6/12 1/2 8/12 1/2 10/12 1/2 11/12 1/2 跨中沿 y 轴方向各节点的荷载风振系数 x/L y/L 四周 封闭 突然 开孔 1.37 1.74 2.19 2.29 2.13 1.76 1.40 1.31 1.56 1.88 2.01 1.88 1.51 1.26 1/2 1/12 1/2 2/12 1/2 4/12 1/2 6/12 1/2 8/12 1

3、/2 10/12 1/2 11/12 (2 突然开孔模型的荷载风振系数比四周封闭 模型大，最大比值为 1.22。由于四周封闭时的平均 风载与突然开孔时的平均风载不一样，所以这个最 大比值并不是简单的突然开孔与四周封闭时屋面 风载的比值，而是说明突然开孔时风载脉动相对值 比四周封闭时大的一个量值。在大跨度屋盖建筑的 抗风设计中考虑突然开孔的情况时，应对荷载风振 系数适当提高。 (3 大跨度柔性屋面的位移风振系数在整个屋 面节点上的数值变化不大，基本为一稳定值。 (4 突然开孔模型的位移风振系数比四周封闭 模型大，最大比值为 1.16。四周封闭模型跨中的位 移风振系数为 1.56，突然开孔模型为

4、1.79。因此大 跨度屋盖建筑抗风设计中考虑突然开孔的情况时 应对位移风振系数适当提高。 通过风洞试验研究，本文得出了大跨度平屋面 建筑四周封闭和突然开孔时的荷载风振系数和位 移风振系数，对这一种大跨度建筑是适用的，对于 不同的地貌、建筑物体形、风速、开孔面积和开孔 位置时的情况还应进一步的研究确定。 6 结语 表3 风速 9m/s 时四周封闭和突然开孔模型 的位移风振系数 Table 3 Gust displacement factors of round close model and sudden opening model at 9m/s wind speed 跨中沿 x 轴方向各节点

5、的位移风振系数 x/L y/L 四周 封闭 突然 开孔 1.66 1.69 1.74 1.79 1.81 1.81 1.80 1.44 1.46 1.51 1.56 1.60 1.63 1.64 1/12 1/2 2/12 1/2 4/12 1/2 6/12 1/2 8/12 1/2 10/12 1/2 11/12 1/2 跨中沿 y 轴方向各节点的位移风振系数 x/L y/L 四周 封闭 突然 开孔 1.76 1.77 1.79 1.79 1.78 1.77 1.76 1.54 1.54 1.55 1.56 1.56 1.55 1.54 1/2 1/12 1/2 2/12 1/2 4/12

6、1/2 6/12 1/2 8/12 1/2 10/12 1/2 11/12 大跨度屋面结构的风振响应，是随机风载作用 下的非线性随机强迫振动问题。台风中由于建筑物 门窗破坏产生突然开孔，在内外压共同作用下，屋 盖产生破坏的现象时有发生。本文通过风洞试验和 有限元瞬态响应分析，对大跨度屋盖结构突然开孔 与四周封闭时的屋面响应进行了对比研究，可以得 到以下主要结果： (1 从加速度功率谱曲线可以看出，突然开孔 时的能量增大很显著，并且突然开孔时激起屋面的 高阶振动。 (2 四周封闭和突然开孔模型各测点的加速度 均方根值都随风速的增大而增大，相同风速下，突 然开孔模型各测点的加速度均方根值是四周封闭

7、 模型的 2 倍左右。 (3 四周封闭和突然开孔模型各测点的位移平 均值都随风速的增大而增大，相同风速下，突然开 孔时的位移平均值是四周封闭时的 510 倍。 (4 四周封闭和突然开孔模型各测点的位移均 方根值都随风速的增大而增大，相同风速下，突然 开孔时的位移均方根值是四周封闭时的 2 倍左右。 (5 大跨度柔性屋面结构的荷载风振系数在屋 面各节点数值分布不均匀，中间大，四周小。突然 台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究 75 开孔模型的荷载风振系数比四周封闭模型大，最大 比值为 1.22。 (6 大跨度柔性屋面的位移风振系数在整个屋 面节点上的数值变化不大，基本为一稳定值。突然 开孔模型

8、的荷载风振系数比四周封闭模型大，最大 比值为 1.16。在大跨度屋盖建筑的抗风设计中考虑 突然开孔的情况时，应对荷载风振系数和位移风振 系数适当提高。 由于本文只是对一种开孔面积和开孔位置的 情况进行了研究，不同风速、开孔面积和开孔位置 时的屋面响应还应进行进一步的试验及理论研究 确定。本文对大跨度建筑风致窗户破坏时的屋面响 应进行了较为详细的分析研究，为大跨度建筑突然 开孔的机理及我国东南沿海地区的大跨度建筑抗 台风设计研究提供了较好的参考。 参考文献： 1 J Shanmugasundaram and S Arunachalam, et al. Cyclone damage to buil

9、dings and structures a case studyJ. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn., 2000, 84: 369-380. 2 J Shanmugasundaram, J Reardon. Strong wind damage due to hurricane Andrew and its implicationsJ. J. Struct. Eng., 1995, 22(1: 49-54. 3 孙炳楠, 傅国宏, 陈鸣, 唐锦春. 9417 号台风对温州民 房破坏的调查C. 重庆: 第七届全国结构风效应会议 论文集, 1995. Sun Bingnan

10、, Fu Guohong, Chen Ming, et al, 5 J D Holmes. Mean and fluctuating internal pressures induced by wind C. Proc. 5th Int. Conf. on Wind Engineering, Fort Collins, CO, 1979. 435-450. 6 T Stathopoulos and H D Luchian. Transient wind-induced internal pressuresJ. J. Eng. Mech. Div. Proc. ASCE, 1989, 115(7

11、: 1501-1514. 7 R N Sharma, P J Richards. The effect of flexibility on internal pressures fluctuationsJ. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, 1997,72: 175-186. 8 陆锋 . 大跨度平屋面结构的风振响应和风振系数研究 D. 杭州: 浙江大学, 2001. Lu Feng. On wind-induced dynamic response and wind load factor for long-span flat roof structuresD. Hang

12、zhou: Doctor degree thesis of Zhejiang University, March, 2001. (in Chinese 9 陆锋, 楼文娟, 孙炳楠. 大跨度平屋面结构风洞试验研 究J. 建筑结构学报, 2001, 22(6: 87-94. Lu Feng, Lou Wenjuan, Sun Bingnan. Wind tunnel test on long-span flat roof structuresJ. Journal of Building Structures, 2002, 22(6: 87-94. (in Chinese 10 布占宇 . 大跨度

13、柔性屋面结构突然开孔时的风振响应 研究D. 杭州: 浙江大学, 2002. Bu Zhanyu. On wind-induced dynamic response of long-span flexible roof structures in the case of sudden openingD. Hangzhou: Master degree thesis of Zhejiang University, February, 2002. (in Chinese 11 张相庭 . 结构风压和风振计算M. 上海: 同济大学出 版社, 1985. Zhang Xiangting. Computation of wind pressure and wind-induced vibrations of structuresM. Shanghai: Publishing House of Tongji University, May, 1985. (in Chinese Investigation of the destruction of dwellings in Wenzhou durin