謝壯寧，林韜略，成文滔，2

（1.華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640；2.廣東保利城市發(fā)展有限公司，廣東廣州510180）

下?lián)舯┝魇菑?qiáng)對(duì)流云團(tuán)中強(qiáng)烈下沉的冷氣流撞擊近地面暖濕空氣后驟然形成的一種極端風(fēng)，具有很強(qiáng)的隨機(jī)特性，其研究起源于20世紀(jì)70年代［1］。由于毀壞性極強(qiáng)，因此在世界各地導(dǎo)致了多起人員傷亡和建筑結(jié)構(gòu)破壞事故［2］。下?lián)舯┝鞯淖畲笏斤L(fēng)速發(fā)生在近地表面，對(duì)低矮建筑具有較強(qiáng)的破壞性，因此進(jìn)行下?lián)舯┝髯饔孟碌拇罂缍绕轿萆w結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載分布特性研究具有重要的實(shí)際意義。

風(fēng)場(chǎng)特性中的平均風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、脈動(dòng)風(fēng)速功率譜、脈動(dòng)風(fēng)湍流積分尺度等都會(huì)直接影響建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載分布特性，而下?lián)舯┝髋c普通常態(tài)地貌風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性相比有較大差異。Hjelmfelt［3］在分析Joint Airport Weather項(xiàng)目實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了下?lián)舯┝髌骄L(fēng)速隨高度升高先增大后降低的分布規(guī)律，得到了下?lián)舯┝鞯慕?jīng)典風(fēng)速剖面圖，與傳統(tǒng)大氣邊界層平均風(fēng)速隨高度的升高而增大這一特性有顯著差別。Oseguera等［4］、Vicroy［5］、Wood等［6］基于已有的風(fēng)剖面經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，先后建立了下?lián)舯┝髌骄L(fēng)速沿高度變化的數(shù)學(xué)解析模型，三者沿高度方向具有相似的分布規(guī)律。受限于測(cè)試手段和測(cè)試難度，長(zhǎng)期以來(lái)一直罕有見(jiàn)到有關(guān)描述下?lián)舯┝魍牧魈卣鞯南嚓P(guān)研究結(jié)果，Zhang等［7］首次介紹了2019年在北京氣象塔的下?lián)舯┝鲗?shí)測(cè)中得到的325 m高度以下的湍流度和風(fēng)速功率譜分布，是迄今為止能夠檢索到的為數(shù)不多的在該領(lǐng)域針對(duì)下?lián)舯┝魍牧魈卣鞯难芯?。湍流?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷娜鄙僭诳陀^上導(dǎo)致下?lián)舯┝髂M的盲目性，進(jìn)而影響相關(guān)建筑風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

除了下?lián)舯┝鞯耐牧魈卣魅笔е猓聯(lián)舯┝鞅旧淼哪M就具有較大的難度。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)建造了多座不同類型的下?lián)舯┝魑锢碓囼?yàn)?zāi)M發(fā)生裝置。Holmes［8］較早地借助沖擊射流裝置開(kāi)始了下?lián)舯┝鞯奈锢砟M，隨后Wood等［6］、Letchford等［9］、Chay等［10］基于壁面射流模型研制出了噴射出口朝向不同的下?lián)舯┝髂M裝置，并對(duì)風(fēng)場(chǎng)特性展開(kāi)了研究。陳勇等［11］建造了國(guó)內(nèi)首座下?lián)舯┝鲗Ｓ媚M平臺(tái)，研究了射流參數(shù)對(duì)沖擊風(fēng)流場(chǎng)的影響。已有物理試驗(yàn)?zāi)M方法主要是沖擊射流模擬，因而都不同程度地存在所能模擬的風(fēng)場(chǎng)尺度太小的情況，難以滿足較大縮尺比下開(kāi)展大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的需要。段旻等［12］在常規(guī)3 m寬度大氣邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)模擬出平均風(fēng)速剖面與經(jīng)典模型相吻合的下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)，并開(kāi)展了針對(duì)圓柱形大跨度屋面的相關(guān)試驗(yàn)研究，但還缺乏對(duì)湍流強(qiáng)度和脈動(dòng)風(fēng)速功率譜等重要指標(biāo)的分析。

在文獻(xiàn)［12］的基礎(chǔ)上進(jìn)一步在5 m寬度的邊界層風(fēng)洞中對(duì)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬，并與已有平均風(fēng)速經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃臀墨I(xiàn)［7］的實(shí)測(cè)下?lián)舯┝魍牧魈卣鬟M(jìn)行比較。以一個(gè)大跨度平屋蓋結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)比了下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)與大氣邊界層B類風(fēng)場(chǎng)對(duì)該結(jié)構(gòu)屋面風(fēng)壓分布的影響，總結(jié)了下?lián)舯┝髯饔孟麓罂缍绕轿萆w表面風(fēng)壓的分布規(guī)律，可為大跨度平屋蓋的抗下?lián)舯┝髟O(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1 模擬裝置

試驗(yàn)開(kāi)展于華南理工大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，試驗(yàn)段長(zhǎng)24.0 m、寬5.4 m、高3.0 m，轉(zhuǎn)盤可在0～360°風(fēng)向角內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，半徑為2 m，試驗(yàn)段風(fēng)速在0～30 m·s-1內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

所采用的下?lián)舯┝髂M裝置［13］整體尺寸為4 800 mm×2 800 mm×1 500 mm，主要由豎向支架、橫向支架、斜導(dǎo)流板、滑塊、導(dǎo)軌、螺栓和滾輪等部分組成，結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物照片如圖1所示。斜導(dǎo)流板通過(guò)滑塊與豎向支架相連，由螺栓進(jìn)行固定，作用為風(fēng)場(chǎng)中下部風(fēng)速加速。斜導(dǎo)流板上下沿的可調(diào)高度范圍均為100 mm至2 700 mm，通過(guò)高度參數(shù)的調(diào)整可實(shí)現(xiàn)不同比例風(fēng)場(chǎng)的模擬。底部滾輪可帶動(dòng)裝置水平移動(dòng)以改變?cè)囼?yàn)?zāi)Ｐ秃拖聯(lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的相對(duì)距離。

圖1 下?lián)舯┝髂M發(fā)生裝置Fig.1 Experimental apparatus for downburst simulation

風(fēng)場(chǎng)調(diào)試選取1∶300的比例尺，斜導(dǎo)流板下沿高度設(shè)置為0.9 m，上沿高度設(shè)置為1.5 m。下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)模擬的觀測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，徑向共有5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，與斜導(dǎo)流板下沿中心o點(diǎn)的徑向距離x分別為2.85、3.10、3.35、3.60、3.85 m。基于下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的空間分布特性，設(shè)定實(shí)際觀測(cè)高度為0～225 m，結(jié)合比例尺得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)高度z為0～0.75 m。沿高度方向上按0.10 m設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，由于風(fēng)場(chǎng)底部的變化情況極為激烈，因此對(duì)底層觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了加密。

圖2 觀測(cè)點(diǎn)布置Fig.2 Layout of observation points

為比較下?lián)舯┝髋c大氣邊界層常態(tài)風(fēng)場(chǎng)的差異，選取B類地貌作為對(duì)照工況。采用澳大利亞TFI Cobra三維脈動(dòng)風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的三維移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)獲取觀測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)速時(shí)程，可同時(shí)測(cè)量三維風(fēng)速和靜態(tài)壓力。試驗(yàn)的樣本總長(zhǎng)度為40 960，采樣頻率為400 Hz，采樣時(shí)長(zhǎng)為102.4 s。

1.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

大跨度平屋蓋剛性測(cè)壓模型的比例尺為1∶300，整體尺寸為1 000 mm×667 mm×133 mm。屋面測(cè)點(diǎn)共有467個(gè)，采用中心對(duì)稱的方式布置，并在風(fēng)荷載變化劇烈的部位，如屋面邊緣和角區(qū)進(jìn)行了加密處理，試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜏y(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。采用美國(guó)PSI公司Initium測(cè)壓系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)風(fēng)壓數(shù)據(jù)采集，采樣時(shí)長(zhǎng)為62.3 s，采樣頻率為328.8 Hz，樣本長(zhǎng)度為20 480。為保證對(duì)比的客觀性，選取模型屋面高度處的風(fēng)壓作為無(wú)因次化的參考風(fēng)壓。風(fēng)壓系數(shù)的表達(dá)式如下所示：

圖3 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜏y(cè)點(diǎn)布置Fig.3 Test model and layout of measuring points

式中：Cpi(t)為測(cè)點(diǎn)i處的風(fēng)壓系數(shù)序列；Pi(t)為測(cè)點(diǎn)i處的風(fēng)壓序列；Pa為參考高度處的總壓；P0為參考高度處的靜壓。根據(jù)風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程統(tǒng)計(jì)得到平均風(fēng)壓系數(shù)，并借助Feng等［14］提出的基于樣本獨(dú)立性的短時(shí)程樣本極值風(fēng)壓估計(jì)方法統(tǒng)計(jì)得到相應(yīng)的極小、極大風(fēng)壓系數(shù)。

2 流場(chǎng)模擬結(jié)果

通過(guò)調(diào)整斜導(dǎo)流板上下沿高度，在風(fēng)洞中較好地實(shí)現(xiàn)了1∶300比例尺下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的模擬。雖然下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)在不同徑向位置的分布有所差異，但是存在某個(gè)位置的平均風(fēng)速剖面與經(jīng)典模型最為相近，將該位置定義為“最佳剖面”位置。

2.1 水平風(fēng)速剖面

圖4為下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速剖面的模擬結(jié)果，并與下?lián)舯┝鹘?jīng)典模型以及GB 50009―2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［15］B類地貌風(fēng)場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。為便于分析，使用下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速最大值umax對(duì)水平風(fēng)速u進(jìn)行無(wú)因次化（u/umax），即令理論最大水平風(fēng)速為1。由圖4可見(jiàn)，不同徑向位置的水平風(fēng)速規(guī)律一致，均為隨高度升高先增加后降低，在高度zmax=75 m處達(dá)到最大值，均形成了下?lián)舯┝鞯奶厣拭妫⑶颐黠@有別于B類風(fēng)場(chǎng)隨高度增加而指數(shù)型增長(zhǎng)的變化情況。徑向距離x=3.35 m處的水平風(fēng)速剖面整體處于Vicroy［5］、Wood等［6］的水平風(fēng)速剖面之間，可認(rèn)為該剖面為“最佳剖面”。

圖4 水平風(fēng)速對(duì)比Fig.4 Comparison of horizontal wind velocity

2.2 豎向風(fēng)速剖面

圖5為下?lián)舯┝鳌白罴哑拭妗蔽恢玫呢Q向風(fēng)速剖面的試驗(yàn)結(jié)果。由于下?lián)舯┝魇歉_氣流帶來(lái)的氣候現(xiàn)象，因此對(duì)于豎向剖面的研究是下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)研究中非常重要的構(gòu)成部分。同理，使用下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)豎向風(fēng)速最大值vmax對(duì)豎向風(fēng)速v進(jìn)行無(wú)因次化（v/vmax）。由圖5可見(jiàn)，在“最佳剖面”位置處，當(dāng)高度小于30 m時(shí)，豎向風(fēng)速隨高度的提升而不斷增強(qiáng)，這是由于來(lái)流風(fēng)經(jīng)過(guò)下?lián)舯┝靼l(fā)生器斜導(dǎo)流板的傾角后產(chǎn)生了豎直向下的分量；當(dāng)高度從30 m逐漸增大時(shí)，由于下?lián)舯┝靼l(fā)生器所產(chǎn)生的豎直向下分量不斷衰減，風(fēng)場(chǎng)中的豎向風(fēng)速也隨之減小。最佳風(fēng)速剖面位置處豎向風(fēng)速最大值的風(fēng)速矢量與水平方向所成角度大致為5.08°，豎向風(fēng)速與水平風(fēng)速的比例為0.08?！白罴哑拭妗碧幍呢Q向風(fēng)速在高度方向與水平風(fēng)速有相似的分布規(guī)律，但豎向風(fēng)速最大值發(fā)生高度要低于水平風(fēng)速。

圖5 豎向風(fēng)速對(duì)比Fig.5 Comparison of vertical wind velocity

2.3 脈動(dòng)風(fēng)速湍流強(qiáng)度剖面

“最佳剖面”位置的順風(fēng)向湍流特性分布如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，隨著高度的增加，在“最佳剖面”位置處觀測(cè)點(diǎn)的順風(fēng)向湍流強(qiáng)度先衰減后增強(qiáng)，與B類地貌的順風(fēng)向湍流強(qiáng)度隨高度增加而衰減的變化規(guī)律相差較大，并且整體高于B類地貌風(fēng)場(chǎng)結(jié)果。在75 m高度以下試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的順風(fēng)向湍流強(qiáng)度分布與實(shí)測(cè)結(jié)果較為接近，整體差異小于0.03。由于大跨度平屋蓋測(cè)壓模型的實(shí)際高度僅為40 m，因此可以認(rèn)為試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)的順風(fēng)向湍流強(qiáng)度已滿足測(cè)壓試驗(yàn)的需求。

圖6 順風(fēng)向湍流強(qiáng)度對(duì)比Fig.6 Comparison of along-wind turbulence intensity

2.4 脈動(dòng)風(fēng)速功率譜

圖7為屋面高度和最大水平風(fēng)速所在高度的無(wú)因次順風(fēng)向風(fēng)速功率譜。由圖7可見(jiàn)，B類地貌風(fēng)速功率譜和Von-Karman譜基本吻合，下?lián)舯┝魉斤L(fēng)速功率譜的峰值能量明顯高于B類風(fēng)場(chǎng)的相應(yīng)結(jié)果，并且譜線形狀更為陡峭。試驗(yàn)風(fēng)速功率譜在卓越頻率和譜線形狀上與Zhang等［7］實(shí)測(cè)結(jié)果相近，僅在峰值能量上略高于實(shí)測(cè)相應(yīng)值。風(fēng)速功率譜的相似性隱含脈動(dòng)風(fēng)湍流積分尺度的相似性。圖7中，Su(f)為水平脈動(dòng)風(fēng)速功率譜，Sw(f)為豎向脈動(dòng)風(fēng)速功率譜，f為脈動(dòng)風(fēng)頻率，Lxu為湍流積分尺度，Ux為水平平均風(fēng)速，Uw為豎向平均風(fēng)速，σ2u為水平脈動(dòng)風(fēng)速均方根值，σ2w為豎向脈動(dòng)風(fēng)速均方根值，Z為豎向高度。

圖7 脈動(dòng)風(fēng)速功率譜對(duì)比Fig.7 Comparison of fluctuating wind power spectrum

總體而言，試驗(yàn)?zāi)M下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的平均風(fēng)速剖面、湍流強(qiáng)度剖面和脈動(dòng)風(fēng)速功率譜與已有的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比具有很高的相似性，從而保證了實(shí)驗(yàn)室所模擬風(fēng)場(chǎng)的有效性和可信度。由以上結(jié)果可見(jiàn)，所模擬風(fēng)場(chǎng)在一定的測(cè)量范圍內(nèi)滿足測(cè)壓試驗(yàn)的需求。

3 平屋蓋風(fēng)壓分布的試驗(yàn)結(jié)果

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。規(guī)范里關(guān)于風(fēng)荷載的內(nèi)容是針對(duì)大氣邊界層常態(tài)風(fēng)場(chǎng)而提出的，明顯不適用于下?lián)舯┝黠L(fēng)荷載。因此，在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)確模擬出下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)，并對(duì)大跨度平屋蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)展抗風(fēng)性能研究具有重要意義。在前文較為理想地模擬出下?lián)舯┝骱虰類風(fēng)場(chǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察不同風(fēng)場(chǎng)作用下大跨度平屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布特性。

3.1 最佳風(fēng)速剖面下的風(fēng)壓分布特征

考慮到篇幅和屋面基本對(duì)稱性，圖8與圖9分別為0°和45°風(fēng)向角下?lián)舯┝髯罴扬L(fēng)速剖面下的風(fēng)壓分布特征。參考風(fēng)壓的取值高度取屋面高度40 m處，圖中“■”和“●”分別為風(fēng)壓系數(shù)的最小值和最大值。由圖8與圖9可見(jiàn)，平均風(fēng)壓系數(shù)和極小風(fēng)壓系數(shù)均為負(fù)值，極小風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值最大值出現(xiàn)在45°風(fēng)向角，平均風(fēng)壓系數(shù)和極小風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值最大值出現(xiàn)在屋面角區(qū)，這是由錐形渦引起的。極大風(fēng)壓系數(shù)除了在屋面迎風(fēng)區(qū)域?yàn)樨?fù)值以外，其他區(qū)域均為正值。

圖8 0°風(fēng)向角風(fēng)壓系數(shù)分布Fig.8 Distribution of wind pressure coefficients at 0°wind direction angle

圖9 45°風(fēng)向角風(fēng)壓系數(shù)分布Fig.9 Distribution of wind pressure coefficients at 45°wind direction angle

3.2 相對(duì)位置的影響

圖10為0°風(fēng)向角下位于不同徑向位置時(shí)屋面1/4區(qū)域（見(jiàn)圖3）的風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比。為了便于比較，選取“最佳剖面”位置的結(jié)果作為參照對(duì)象進(jìn)行對(duì)比。由圖10可見(jiàn)，“最佳剖面”位置與其他徑向位置風(fēng)壓系數(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較結(jié)果基本都分布在斜率為1的直線附近，這表明模型區(qū)內(nèi)平均風(fēng)壓系數(shù)和極值風(fēng)壓系數(shù)在所研究的徑向位置范圍內(nèi)變化相對(duì)不明顯。

圖10 不同徑向位置的風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比Fig.10 Comparison of wind pressure coefficients at different radial positions

3.3 和B類地貌試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

進(jìn)一步將以上結(jié)果和B類地貌的結(jié)果進(jìn)行比較。為保證比較的客觀性，參考風(fēng)壓的取值高度同樣取為屋面高度40 m處，使得相同高度處風(fēng)速相等。選取“最佳剖面”位置的結(jié)果作為參照對(duì)象，2個(gè)試驗(yàn)的參數(shù)如模型、風(fēng)向角定義、采樣設(shè)定等均保持一致。

3.3.1 平均風(fēng)壓系數(shù)

為了考察不同流場(chǎng)對(duì)屋面平均風(fēng)壓系數(shù)分布的影響，同樣采取點(diǎn)與點(diǎn)間全面比較的方法，將不同流場(chǎng)中0°、45°和90°共3個(gè)風(fēng)向角下每個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行逐一比較，結(jié)果如圖11所示。

由圖11可知，下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)和B類地貌常態(tài)風(fēng)場(chǎng)作用下，大跨度平屋蓋建筑模型各個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)的測(cè)試結(jié)果非常接近，在整體上數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。因此，從平均風(fēng)壓系數(shù)的角度去分析，下?lián)舯┝骱虰類地貌流場(chǎng)的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明下?lián)舯┝髯饔孟麓罂缍绕轿萆w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的平均風(fēng)荷載取值能夠直接參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的體型系數(shù)。

圖11 不同風(fēng)場(chǎng)下平均風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比Fig.11 Comparison of mean wind pressure coefficients in different wind fields

3.3.2 極小風(fēng)壓系數(shù)

同樣對(duì)2種風(fēng)場(chǎng)作用下的屋面極小風(fēng)壓系數(shù)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖12所示。由圖12可見(jiàn)，在下?lián)舯┝髯饔孟拢?°、45°和90°風(fēng)向角在屋蓋角區(qū)的極小風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值最大值由B類地貌下的2.31、5.54、3.04相應(yīng)地變?yōu)?.87、9.85、3.84，整體上由5.54升高到9.85，提高了77.8%。

圖12 不同風(fēng)場(chǎng)下極小風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比Fig.12 Comparison of minimum wind pressure coefficients in different wind fields

整體而言，在0°、45°、90°風(fēng)向角下，下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的屋面吸力系數(shù)絕對(duì)值約為B類地貌相應(yīng)結(jié)果的1.31倍、1.75倍和1.24倍，可見(jiàn)下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)的屋面吸力系數(shù)絕對(duì)值要整體高于B類地貌風(fēng)場(chǎng)的吸力系數(shù)絕對(duì)值。如圖13所示，從頻域角度分析可知，下?lián)舯┝髯饔孟挛菝娴湫蜏y(cè)點(diǎn)42號(hào)（見(jiàn)圖3）的風(fēng)壓系數(shù)功率譜能量要整體高于B類地貌風(fēng)場(chǎng)的結(jié)果。從結(jié)構(gòu)安全的角度出發(fā)，在大跨度平屋蓋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中建議考慮下?lián)舯┝鞯淖饔茫⑻岣呓遣康蕊L(fēng)敏感區(qū)域的抗風(fēng)性能。圖13中，Sc(f)為風(fēng)壓系數(shù)功率譜。

圖13 測(cè)點(diǎn)42的風(fēng)壓系數(shù)譜Fig.13 Wind pressure coefficient spectrum at measuring point 42

3.3.3 極大風(fēng)壓系數(shù)

屋面存在的正壓會(huì)對(duì)屋面整體承載力產(chǎn)生較大的影響，雖然模型屋面的平均風(fēng)壓系數(shù)和極小風(fēng)壓系數(shù)均為負(fù)值，但是仍然要關(guān)注極大風(fēng)壓系數(shù)的分布特征，確認(rèn)其是否存在大于0的正壓情況。圖14為不同風(fēng)場(chǎng)下屋面極大風(fēng)壓系數(shù)的分布情況。由于極大風(fēng)壓系數(shù)是在屋面受壓的情況下考慮，因此僅需比較不同風(fēng)場(chǎng)下屋蓋極大風(fēng)壓系數(shù)的正值部分。

圖14 不同風(fēng)場(chǎng)下極大風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比Fig.14 Comparison of maximum wind pressure coefficients in different wind fields

由圖14可知，風(fēng)壓系數(shù)在第三象限皆為負(fù)值，此情況可不予討論。在第二象限時(shí)，下?lián)舯┝髯饔孟碌臉O大風(fēng)壓系數(shù)為正值，而在B類風(fēng)場(chǎng)作用下為負(fù)值，并且由于第四象限無(wú)風(fēng)壓系數(shù)分布，因此可以推斷下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)比B類地貌風(fēng)場(chǎng)對(duì)平屋蓋造成更大的受正壓面積；在第一象限時(shí)，不同風(fēng)場(chǎng)下的極大風(fēng)壓系數(shù)都是正值，并且下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)作用下的極大風(fēng)壓系數(shù)遠(yuǎn)大于B類地貌風(fēng)場(chǎng)作用下的相應(yīng)值，這意味著下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)對(duì)平屋蓋產(chǎn)生的正壓力明顯高于B類地貌風(fēng)場(chǎng)。

結(jié)合圖7和圖12進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，在不同風(fēng)向角下，下?lián)舯┝髯饔孟赂哂?.15的極大風(fēng)壓系數(shù)所占屋蓋面積的比例范圍處于51%到75%之間，極大風(fēng)壓系數(shù)局部最高可達(dá)0.35。這是由于下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)在近地表面的分布較為紊亂，除了水平方向的風(fēng)速分量外還存在豎直向下的風(fēng)速分量，會(huì)對(duì)屋面產(chǎn)生較強(qiáng)正壓，而B(niǎo)類地貌常態(tài)風(fēng)只有水平方向的分量，對(duì)模型表面產(chǎn)生的正壓力極小。大范圍的較高正壓進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)的承載力，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)引起注意。

4 結(jié)論

（1）在大氣邊界層風(fēng)洞內(nèi)模擬得到的1∶300下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)水平風(fēng)速剖面與經(jīng)典模型吻合良好，湍流度剖面和脈動(dòng)風(fēng)速功率譜與近期國(guó)際期刊所報(bào)道的實(shí)測(cè)結(jié)果非常接近。

（2）模型區(qū)內(nèi)下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生位置對(duì)平均風(fēng)壓系數(shù)的影響整體較小，可認(rèn)為下?lián)舯┝髯饔孟挛菝娴钠骄L(fēng)壓系數(shù)和B類風(fēng)場(chǎng)的結(jié)果基本一致。下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)下極小風(fēng)壓系數(shù)絕對(duì)值最大值比B類風(fēng)場(chǎng)的結(jié)果高出77.8%，并且下?lián)舯┝髯饔孟挛萆w的脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜要顯著高于B類風(fēng)場(chǎng)。

（3）下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)作用下屋面模型的瞬態(tài)受壓面積和壓力均大于B類地貌常態(tài)風(fēng)場(chǎng)的結(jié)果，并且對(duì)風(fēng)向不敏感，局部極大風(fēng)壓系數(shù)最大值為0.35。大范圍區(qū)域的較高正壓會(huì)進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)的承載力，應(yīng)引起注意。