风力在建筑物表面上分布是很不均匀的,一般取决于其平面形状、立面体型和房屋高宽比。通常,在风的作用下,迎风面由于气流正面受阻产生风压力,侧风面和背风面由于漩涡作用引起风吸力。图5.4.7中用等压线表示风力分布情况的测量结果。
图5.4.7 用等压线表示风力的分布
图5.4.8表示风在房屋平面上的分布,迎风面的风压力在房屋中部最大,侧风面和背风面的风吸力在建筑物角部最大。
图5.4.8 风在房屋平面上的分布
贝努利公式所给出的风速与风压的关系,是在自由空气流动时因建筑物阻碍而完全停滞条件下得出的,图5.4.1表明实际建筑物不能完全阻止空气的流动而是气流经某种方式从其表面绕过。因此,建筑物所受实际风压不能按贝努利公式计算。
风在建筑物表面引起的实际压力或吸力(w实际)与按贝努利公式计算的来流风的速度压(w计算)的比值(w实际/w计算)称为风荷载体型系数μs,它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律,如图5.4.9所示为建筑物各个面上的风荷载体型系数测量结果。其正面(迎风面)受到压力作用,为正值;而背面、侧面和顶面则受到吸力作用,为负值。(www.daowen.com)
图5.4.9 某建筑物表面上的风荷载体型系数测量结果
《建筑结构荷载规范》的“风荷载体型系数”的定义是:
8.3.1 风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力(或吸力)与来流风的速度压的比值,它主要与建筑物的体型和尺度有关,也与周围环境和地面粗糙度有关。
风荷载体型系数一般由试验确定,主要有两种方法。一种是将建筑物缩小比例建一个模型进行风洞试验,另一种是在实际建筑物上测量风压分布。一般常用风洞试验来确定实际风压的分布和大小。
建筑物体型不同,其表面风压的实际大小和分布也就不相同。建筑物表面各处的体型系数μs是不同的。工程上在进行主体结构的内力与位移计算时,对迎风面和背风面取一个平均的体型系数。即以迎风面垂直风向的最大投影面上点平均风荷载与来流风压的比值来确定风载体型系数。
当验算围护构件本身的承载力和刚度时,就按最大的体型系数来考虑。特别是对外墙板、玻璃幕墙、女儿墙、广告牌、挑檐和遮阳板等局部构件进行抗风设计时,要考虑承受最大风压的可能性。
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