張慶華　馬文勇　楊杰　張彥　周帥偉

摘要： 角鋼作為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的基本組成部分，其風(fēng)力系數(shù)的精度將直接影響結(jié)構(gòu)整體風(fēng)力系數(shù)取值的準(zhǔn)確性。通過剛性模型高頻動態(tài)天平測力風(fēng)洞試驗(yàn)，測量了隨傾角和風(fēng)向角變化的典型三維等邊角鋼的靜風(fēng)力。研究表明：傾斜安裝角鋼的阻力系數(shù)、升力系數(shù)與垂直安裝相比，隨風(fēng)向變化趨勢類似，但在某些風(fēng)向角下數(shù)值明顯降低;不同風(fēng)傾角（=30°～50°）時風(fēng)力系數(shù)（，，）隨風(fēng)向變化能夠較好地吻合，即風(fēng)傾角的變化對風(fēng)力系數(shù)值影響不明顯。角鋼垂直安裝時，靜力折算高度隨風(fēng)向在（0.4～0.6）倍總高附近變化，角鋼對于來流前傾安裝后，靜力折算高度隨風(fēng)向的波動增大明顯;此外，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分別給出了角鋼垂直安裝和傾斜安裝情況下角度風(fēng)荷載系數(shù)、升力系數(shù)的建議公式，并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了擬合。

關(guān)鍵詞： 風(fēng)洞試驗(yàn);?等邊角鋼;?高頻動態(tài)測力天平;?風(fēng)力系數(shù);?角度風(fēng)系數(shù)

中圖分類號： TU317.1; TU392.1 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ???文章編號： 1004-4523（2022）02-0277-07

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.02.003

引??言

中國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）中，格構(gòu)式桁架結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的確定方法通常有兩種：①整體法。對于形狀規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)（如矩形、三角形截面等），把結(jié)構(gòu)作為一個整體，直接給出總體型系數(shù)。該方法給出的體型系數(shù)考慮了構(gòu)件間的相互影響，使用方便快捷。②組合法。基于單根角鋼阻力系數(shù)，組合得到格構(gòu)式結(jié)構(gòu)整體體型系數(shù)，構(gòu)件間的相互影響通過荷載降低系數(shù)（）考慮。組合法多用于多榀平行桁架和外形復(fù)雜桿塔體形系數(shù)的確定。然而，中國荷載規(guī)范GB 50009—2012中，單根角鋼風(fēng)力系數(shù)取值簡單（+1.30），并未考慮風(fēng)向等因素的影響，相比現(xiàn)有國內(nèi)外規(guī)范和文獻(xiàn)研究結(jié)果在多數(shù)情況下相對偏小，這將造成組合法得到的結(jié)構(gòu)整體體型系數(shù)相對較小。可見，作為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的基本組成部分，獲得準(zhǔn)確可靠的單根角鋼風(fēng)力系數(shù)值是采用組合法得到合理的整體風(fēng)力系數(shù)的基礎(chǔ)，將直接影響桁架整體風(fēng)力系數(shù)取值的準(zhǔn)確性。

單根角鋼靜風(fēng)力系數(shù)的研究開展較早，Wardlaw，Slater，Sachs，Modi等分別給出了單角鋼靜風(fēng)力系數(shù)隨來流風(fēng)向變化情況，其研究結(jié)果被廣泛的應(yīng)用于國外相關(guān)荷載規(guī)范中（ISO 4354：2009，AIJ，ASCE No.74，AS/NZS1170.2：2011等）。鑒于早期研究僅關(guān)注了風(fēng)向的影響，Prud'homme S等通過試驗(yàn)詳細(xì)探討了雷諾數(shù)、紊流度、阻塞效應(yīng)等參數(shù)對鋼風(fēng)力系數(shù)的影響。上述研究測力試驗(yàn)中，角鋼模型均為二維模型（角鋼的傾斜角為0°），因而理論模型當(dāng)中的氣動力也是二維的?，F(xiàn)實(shí)中，角鋼在空間的分布是任意的，即風(fēng)傾角不為零，角鋼與來流之間的相對位置是三維空間關(guān)系，二維角鋼模型獲得的氣動力并不能準(zhǔn)確反映三維角鋼的氣動力特性。

針對以上問題，本文完成了三維等邊角鋼模型的剛性模型測力風(fēng)洞試驗(yàn)，系統(tǒng)地測量了在不同風(fēng)向角下傾斜角鋼模型的風(fēng)力系數(shù)，構(gòu)建了考慮風(fēng)傾角影響的單角鋼角度風(fēng)系數(shù)公式，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了擬合，計算了角鋼靜風(fēng)力作用折算高度。所得結(jié)果不僅可為相關(guān)荷載規(guī)范的完善提供試驗(yàn)依據(jù)，也可為工程中L型結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計參考。