基于风洞试验的某大型垃圾电厂主厂房风振响应研究

基于风洞试验的某大型垃圾电厂主厂房风振响应研究

0主开发层：细、大、细、优、特、特近年来，被垃圾城市包围的现象日益严重。垃圾分类在全国主要城市开展。垃圾焚烧发电具有“减少、减少、回收”的特点，在中国呈现出快速发展的趋势。本项目垃圾电厂主厂房的建筑方案强调了去工业化，实现建筑与自然的有机融合，更多地融入了公用建筑的设计理念。主厂房平面尺寸为267m×179m，屋脊高77m，该区域钢结构屋面存在跨度大（最大跨度69m）、出屋面的造型复杂（造型的最大高差约9m），地上厂房中部纵向设置了平面缩进，立面错开的“一线天”的屋顶中庭花园，122m烟囱紧接其后，为大型的钢-混凝土混合结构。由于项目所在地为台风多发地区，基本风压较大，且主厂房存在高度较高，造型复杂的特点，风荷载成为设计的主要控制参数。现行荷载规范1风洞测试1.1气边界层火灾风洞试验在同济大学土木工程防灾国家重点实验室风洞实验室的TJ-2大气边界层风洞中进行的。风洞试验模型中考虑了实际建筑物和周围的建构物情况，模型的几何缩尺比确定为1︰250。试验时将测试模型放置在转盘中心，试验风向角的模拟通过转盘的旋转来实现，风洞试验模型如图1所示。1.2模拟单因素高距离空间的模拟根据本项目数公里范围内的建筑环境，经过本项目场地地貌分析，确定本试验的大气边界层流场模拟为B类地貌。风场类型定义见现行荷载规范1.3．试验模型的建立在风洞试验的模型上设置了共946个压力测点。考虑到在本项目主厂房北侧屋面（有东西方向通道及屋顶格栅上下透风）以及烟囱结构1～23轴和23～1轴立面外墙挑出部分，其内外（上下）两面受风的情况，在试验模型每个测点位置各布置了一对测点，每对测点在其上下（或内外）表面设有两个测压孔，以实现可以同时测量该测点处上下（或内外）表面的压力值，该测点实际的压力值为对上下（或内外）表面压力值取差值。试验中将风从偏北方向吹向本工程中轴线时定义为0°风向角，试验风向角以15°为一个间隔，形成共有24个风向角试验工况。方位及风向角定义见附图4。2风洞测试数据处理2.1测点的风压系数物体表面的压力用无量纲压力系数C式中：将公式（1）得到的风压系数乘以当地的梯度风风压，就可以得到测点的风压值。2.2测点点体型系数为实现测点数据能够直接指导结构设计工作，将前述中计算得到的平均风压系数，转换成各个测点的点体型系数。根据本试验测得的各测点平均风压系数C2.3块体系数在前述得到的大量、复杂的点体型系数的基础上，将建筑表面划分为若干个分块部分，换算得到每个分区的分块体型系数式中：3试验结果的分析3.1考虑山地因素的考虑项目周边山地的影响主要为遮挡效应，为偏安全计，风洞试验时没有模拟。本项目中45uf0b0uf07e75uf0b0风向角下主厂房屋面风荷载较大，考虑到这些风向角下项目来流前方为山地，由于该山地较高且离本项目较近，根据以往工程经验及参考《澳大利亚/新西兰规范》为了从表1中确定遮挡因子(M(1）每个被分析的风向，首先考虑半径为20h(2）每个扇区的建筑间隔参数(D)采用下式来计算：根据以往工程经验及上述计算理论，考虑项目周边山地的影响因素，其遮挡因子可取为0.70。即45°～75°风向角下，主厂房模型的风荷载取值为原风洞试验结果的70%。3.2屋顶控制风向角常规项目中风荷载分工况逐点导入分析模型最为精确，但本项目存在以下问题：1）体型复杂不规则，且体量巨大；2）受力分析计算量大，过程较长；3）结果数据量也必然巨大，后处理难度大。考虑到上述因素，为方便导荷，减少人为输入错误的产生，对风荷载原始数据进行了前期人工比对，做定性分析，由概念设计确定确定了30°、90°、180°、285°风向角为起控制作用的四个风向角。主厂房大跨屋盖对风荷载作用较为敏感，限于篇幅，此处仅对主厂房屋盖部分的风压分布做简要分析，这四个控制风向角作用下，主厂房屋面的风荷载体型系数见图6。由图6可知，在30°风向角作用下，主厂房双坡屋面在靠近屋脊位置处的两侧负风压达到最大，最大处达–1.64，向着屋檐方向屋面负风压渐小，在AC区靠近屋檐处出现正风压，且该角度为CE区屋盖的最不利风向角。在90°风向角和285°风向角作用下，屋盖表面风压整体分布比较相似，靠近迎风面山墙侧的屋面负风压达到最大，向着背风面山墙方向，屋面负风压渐小。AC区屋面负风压整体值小于CE区屋面负风压。1号至5号的出屋面造型，迎风面和背风面并未表现为迎风面风压，背风面风吸的情况，反而在迎风面和背风面均表现为负风压，结构计算上呈现相互抵消，对整体结构为有利因素。在180°风向角作用下，靠近E线处的屋檐处屋面负风压达到最大，最大值为–0.73，屋面负风压均小于30°风向角的工况，并在AC区靠近屋檐处出现正风压。4阵风响应因子及控制作用风向在已获得主厂房表面风压及风压相关性能的基础上，建立有限元计算模型，应用动力计算程序SWDP对结构进行了风致抖振的非定常频域计算分析。采用阵风响应因子法来确定等效静力风荷载。阵风响应因子法定义峰值响应与平均响应之比为“阵风响应因子”，以此来表征结构对脉风荷载的放大作用式中式中：g为峰值因子，基于现行荷载规范这样，作用在结构上的以某个响应等效的等效静力风荷载可用下式计算：式中：基于式（6），作用在结构上的以某个响应等效的静力等效风荷载可用下式计算：式中：分别按不同工况给出计算结果。基于上述理论，分析了某些关键点的结构变形，在每个风向角下以所有选择的关键节点的绝对值最大位移为控制目标，得到了能够包络最不利情况的阵风响应因子。本主厂房模型考虑到屋盖中脊线两边的风振响应规律可能不一样，因此将屋盖部分分为2个区域，分别为AC区和CE区。根据风振位移计算结果，得到了所有风向下的最大位移，据此得到了阵风响应因子及控制作用的风向。计算结果表明：起控制作用的风向均为Z向，AC区的最大阵风响应因子为1.61,CE区的最大阵风响应因子为1.55。具体工程设计中根据阵风响应因子结果和风洞试验模型中分块的体型系数，可得到各风向角下的静力等效风荷载。5土壤风压及样本风压在实际工程中的应用(1）在各测点的点体型系数不便于直接用来分析最不利风向及开展结构计算工作的情况下。将建筑表面划分为若干分块，给出每个分块的换算体型系数；同时对风荷载原始数据进行了前期人工比对，做定性分析，由概念设计确定模型计算的输入数据是高效且可行的。(2）根据以往工程经验及参考《澳大利亚/新西兰规范》，考虑项目周边山地的影响因素，对45uf0b0uf07e75uf0b0风向角下主厂房上的风荷载取原风洞试验结果进行修正，折减系数为70%。(3）根据风压分布特性分析发现，30°风向角作用下，双坡屋面在靠近屋脊处的两侧屋面负风压最大，最大处达–1.64，向着屋檐