建筑风洞试验技术在建筑实验室上的应用

风洞试验技术在建筑风洞实验室上的应用

1、建筑风洞实验室的产生

近年来，由于建筑工程材料及施工方法的大幅进步，工程设计逐步向轻质量、大跨度及超高度的方向发展，使得在传统上以地震为结构主要水平作用力的观念在逐渐改变，风力成为超高层建筑、体育场馆大跨屋盖、斜拉桥等结构的主要水平荷载。风洞实验室自然就成了建筑领域的研究工具。

建筑风洞实验室是工业风洞的一种，为低速风洞，回路形式有直流式和回流式，国内已出现了十几座这样的风洞。近年来 ，风洞试验作为结构风工程研究的主要手段，在试验设备、试验理论及试验结果的可靠度等方面都取得了很大进步。

2、建筑风洞试验的介绍

所谓风洞，就是模拟自然风的特性人为地形成气流的装置。地面的山丘、森林、房屋等粗糙物的摩擦力，形成了离地几百米内的“大气边界层”，结构风工程中采用模拟大气边界层特性的大气边界层风洞进行试验。

风洞试验方法的选择直接影响到试验结果的精度。因此，应根据结构的特点及风环境，适当地选择模型及量测方法，制定Z优的试验方案。

3、建筑风洞实验室中的仪器

风洞试验中的仪器主要有量测系统、数据采集系统、支撑系统及操纵控制系统等。量测系统，包括量测模型试验风速的风速量测装置(热线风速仪、补偿微压计、皮托管等)、量测模型表面压力的压力测量系统 (电子压力扫描阀等)、量测模型各项分力和力矩的天平测量系统 (应变天平)、量测模型位移响应的位移测量系统(激光位移计)、量测模型加速度响应的加速度测量系统(加速度传感器)等等。

量测系统的精度对试验结果有很大影响，配备技术先进的量测系统是保证风洞工作能力的重要保障。数据采集系统负责将天平或压力传感器等量测系统的电信号转化成数据，通过多通道数据采集板采集试验数据。支撑系统包括给定模型的攻角的机构、给定模型风向角的机构和支撑模型或仪器的支架等等。通过模型支撑系统辅助风场的模拟装置(尖劈 、粗糙元等)，可以给模型设置不同的试验工况。操纵控制系统通过操纵控制台，使用风洞控制系统软件对模型试验进行手动或自动控制。

建筑结构做风洞实验应该如何考虑？

大跨结构做风洞试验一般是从三个方面考虑：1、形体复杂，体系系数无法准确确定；2、周围环境复杂，干扰系数无法准确确定；3、结构体系轻柔，多阶振型响应耦合，风振系数无法确定确定

一般来说都会小于规范值。风控地区的超高层做个风洞会省很多钱。

超高层建筑做风洞试验主要是横风向问题，规范横风向只给了矩形、圆形，且有严格应用范围。横风向风荷载主要是绕流形成的涡激激励，与形体密切相关，也只有风洞试验才能确定。

横风向和顺风向作用机制不一样，按顺风向去套横风向作用不是很合适。

横风向规范只是参考，多数情况试验结果比规范小。个人认为，一般情况，200米或250米以上，横风向效应才开始超过顺风向，需要做风洞试验。

风洞试验结果有比规范大，有比规范小才是正常现象

规范给的横风向是非常特殊的情况，大家做的工程，形体、周围条件差别很大，和规范横风向去比意义不大。

建筑风洞实验室中的模型

风洞实验室中的模型，主要有刚体部分模型(包括模拟结构静力特性的静力支撑刚体部分模型、模拟气动弹性响应的弹簧悬挂支撑刚体部分模型)、整体气弹模型和反映结构整体静力特性的刚体整体模型。模型种类及其满足的相似条件，直接影响了试验结果的可靠性，试验应根据结构特点，选择相应的模型及相似条件。