梁 益,全 涌,顧 明

(同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

風(fēng)荷載是控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載,工程中常常直接采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓極值的最大值進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓并不是完全相關(guān)的,這導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)上不同部位的脈動(dòng)風(fēng)壓產(chǎn)生的作用效果在一定程度上相互抵消,總的風(fēng)荷載作用效果將隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸的增大而減小,這種現(xiàn)象稱為圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的尺寸折減效應(yīng)。本文簡(jiǎn)要總結(jié)和比較了目前研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載尺寸折減效應(yīng)的方法,介紹了相關(guān)研究成果。

關(guān)于風(fēng)壓空間折減效應(yīng)的研究有三種主要方法:直接平均法、相關(guān)分析法以及移動(dòng)平均法。簡(jiǎn)要介紹如下:①直接平均法:通過同步測(cè)壓得到測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓時(shí)程,并對(duì)這些時(shí)程按面積加權(quán)進(jìn)行瞬時(shí)相加后便可獲得測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域內(nèi)的面積平均風(fēng)壓的時(shí)程,進(jìn)而得到面積平均風(fēng)壓的平均值、脈動(dòng)值和極值。②相關(guān)分析法:掌握建筑表面脈動(dòng)風(fēng)壓的相關(guān)關(guān)系對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。研究者通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)建筑表面的風(fēng)壓進(jìn)行了大量的相關(guān)性分析,得到了建筑表面不同區(qū)域的風(fēng)壓相關(guān)系數(shù),可作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)有用的參考依據(jù)。③移動(dòng)平均法:對(duì)某個(gè)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓時(shí)程進(jìn)行移動(dòng)平均處理后計(jì)算得到風(fēng)壓極值,并以此來代替該測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)面積的面積平均風(fēng)壓極值。

在研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓的尺寸折減效應(yīng)時(shí),可直接得出對(duì)應(yīng)于不同面積的面積平均風(fēng)壓,或給出面積平均風(fēng)壓的尺寸折減因子kp:

式中:Cp,min(A)和Cp,max(A)分別代表圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面面積為Am2上的面積平均風(fēng)壓的極小值和極大值,Cp,min(1)和Cp,max(1)分別代表1 m2面積上面積平均風(fēng)壓的極小值和極大值。影響風(fēng)壓尺寸折減效應(yīng)的因素很多,簡(jiǎn)要討論如下:①地貌條件的影響:研究者對(duì)不同地貌下低矮房屋以及高層建筑表面的面積平均風(fēng)壓以及風(fēng)壓相關(guān)性均進(jìn)行了研究,但研究還不全面,沒有總結(jié)出規(guī)律性的成果。②建筑外形尺寸的影響:某些研究者對(duì)不同高度的低矮建筑屋蓋表面的面積平均風(fēng)壓進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)高度對(duì)尺寸折減因子的影響不明顯。③屋頂坡度的影響:研究者對(duì)不同坡度的低矮建筑屋蓋的面積平均風(fēng)壓進(jìn)行了系統(tǒng)研究,相關(guān)成果已編入規(guī)范。ASCE7-02中將屋頂坡度劃分為0°＜β≤7°、7°＜β≤27°、27°＜β≤45°來分別給出面積平均風(fēng)壓的取值。④結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響:某些文獻(xiàn)研究了女兒墻、挑檐、陽臺(tái)等結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)面積平均風(fēng)壓的影響,受篇幅所限,這里不詳細(xì)介紹。⑤圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置的影響:低矮建筑屋蓋角部和屋脊角部風(fēng)壓的折減程度較大,屋蓋邊緣及內(nèi)部區(qū)域風(fēng)壓的折減效應(yīng)較小。高層建筑表面不同部位的風(fēng)壓相關(guān)性不同,面積平均風(fēng)壓折減程度也不同,如圖1所示。

圖1 高層建筑墻面不同區(qū)域的風(fēng)壓折減因子圖