[发明专利]一种利用通风设备扰流的大跨屋盖极值风压控制方法

说明书

一种利用通风设备扰流的大跨屋盖极值风压控制方法，涉及一种屋盖风压控制方法。利用风洞试验或数值模拟模型建立极值风压与远端风速、风向的关系，并确定最不利风偏角，在大跨屋盖周围安装风速风向传感器；通过风洞试验或数值模拟得到最不利风偏角下不同展向间距l处安装通风设备时大跨屋盖的极值压力，然后寻找极值压力最小的展向间距l，在大跨屋盖迎风面顶端靠近转角处布置通风设备，平屋盖l＝(0.63–0.84)l_s，曲面屋盖风机旋转面法向与来流风向平行；对于体型复杂的大跨屋盖，根据风洞试验或数值模拟以极值风压大小作为指标确定通风设备的风机尺寸与排气量，超过预警值时控制通风设备的风机转速以减小极值风压。

技术领域

本发明涉及一种屋盖风压控制方法，尤其是一种利用通风设备扰流的大跨屋盖极值风压控制方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

随着建筑技术的发展，大跨结构应用越来越广泛，大跨屋盖结构建造的数量呈现出不断增加的趋势，而随着跨度越来越大，对风敏感度也逐渐增大。此外，轻质高强材料的不断使用，使得大跨屋盖结构的风致敏感性进一步增强。由于气流的脉动、分离、再附着以及旋涡脱落等诸多因素的影响，导致屋盖结构周围的风场情况复杂。

在来流风作用下，大跨屋盖结构常承受很大的负压，在某些特殊部位会出现极值负压，造成局部或整体吸力过大引发结构破坏。比如在屋檐、屋脊、屋面边缘和转角等几何外形突变的部位，往往会产生大尺度的流动分离，这是由于几何外形的突变造成局部逆压梯度增大而引起的，气流的大尺度非定常分离即会引发屋面极值负风压，这是导致屋面破坏的最普遍原因。因此，抑制大跨屋盖几何突变处即迎风面与屋顶连接边缘处的流动分离一直以来是减小风吸力的关键所在。

目前在工程领域屋盖结构抗风措施主要有：改进屋盖结构形状、对屋盖结构进行抗风加固处理以及在原有屋盖形式基础上加装抗风元件。这几种传统抗风方法是通过改进屋盖结构形式进而改善屋盖绕流场来提高其抗风性能，存在被动的适应、抗风效果有限、针对性较差、造价高、维护费用高的缺点。因此，亟需一种经济实用、效果显著的抗风措施以实现大跨屋盖极值风压的合理控制。

发明内容

本发明提供一种利用通风设备扰流的大跨屋盖极值风压控制方法，它基于边界层流动分离的性质，利用通风设备产生的顺流向涡作为扰动源，实现分离边界层内上下动量进行充分交换，减弱大跨屋盖边缘处大尺度流动分离，从而解决屋盖风压极值的问题，对通风设备合理利用，经济实用。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种利用通风设备扰流的大跨屋盖极值风压控制方法，包括以下步骤：

步骤一：针对大跨屋盖结构考虑周围建筑影响以及若干年内最大风速，并建立风洞试验或数值模拟模型，提取不同风速、风向下大跨屋盖的极值风压，建立极值风压与远端风速、风向的关系，并确定最不利风偏角，在大跨屋盖上方安装风速风向传感器，监测来流风速、风向；

步骤二：通过风洞试验或数值模拟得到最不利风偏角下不同展向间距l处安装通风设备时大跨屋盖的极值压力，然后寻找极值压力最小的展向间距l，对于平屋盖l＝(0.63–0.84)l_s，其中l_s为气流绕过屋盖锥形涡或展向涡的尺度，可按下式估计：l_s＝H·St，H为屋盖高度，St取值范围为0.1～0.15，s/D小于1.0，s为通风设备的风机轴心到屋盖顶面的距离，D为通风设备的叶轮直径，在大跨屋盖迎风面顶端靠近转角处布置通风设备，对于曲面屋盖，通风设备的风机旋转面法向与来流风向平行，风机应靠近屋盖处；