屋面承重荷载鉴定报告

屋面承重荷载鉴定报告

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对低层四坡屋面房屋模型进行了风洞试验，给出了屋面平均和脉动风压系数等值线和各面体型系数的变化规律。采用计算流体力学软件FLUENT，对大气边界层中的试验模型进行了三维定常风场的数值模拟，并将数值模拟结果与试验结果进行了比较分析，变化规律吻合较好。在此基础上，深入研究了不同风向角下房屋屋面坡度、挑檐长度屋面承重荷载鉴定报告、檐口高度和长宽比对低层四坡屋面平均风压系数及各面体型系数的影响，并提出了各面体型系数的建议取值。研究结果表明：数值风洞能够较好地反映低层四坡屋面房屋的风荷载特性；各参数对屋面风压系数的影响程度各异，与风向角密切相关；屋面坡度对屋面风压分布和大小有明显的影响；四坡屋面屋脊背后*形成较高的局部负压区域；当屋面坡度小于35°时，四坡屋面房屋迎风屋面的体型系数**值大于相应双坡屋面房屋。该结论和提出的体型系数建议取值为低层四坡屋面房屋的工程抗风设计提供了可靠依据。建筑结构荷载规范是进行结构设计的重要参考依据。1974年12月施行的工业于民用建筑结构荷载规范是我国**本自主编写较为完整的荷载规范。之后又根据我国社会、经济发展情况以及建筑结构技术的发展、历年荷载数据的统计，不断完善修订建筑结构荷载规范。以下就历次版本之间关于风荷载计算部分的差异进行探讨，着重介绍2012版荷载规范的新变化。屋面承重荷载鉴定报告

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二、屋面承重荷载检测鉴定-风洞试验概况
　　1.1 试验模型及测点布置
　　风洞试验模型为刚体模型，采用3 mm厚的**玻璃制作，几何缩尺比为1∶50，在风洞中的阻塞率小于3%，满足风洞试验要求，见图1。模型具有足够的强度和刚度，保证了压力测量的精度。
　　风洞试验模型的原始尺寸为15 m×12.8 m×9.9 m，挑檐长度b=0.9 m。模型1和模型2的屋面坡度θ分别为30°，15°，0°～90°每隔15°风向角为一个试验工况。模型1缩尺模型尺寸及测点布置见图2。对房屋各表面进行定义：风向角β=0°时，迎风屋面为T1面，背风屋面为T2面，左侧风屋面为T3面，右侧风屋面为T4面，迎风墙面为Y面，背风墙面为B面，左侧风山墙面为C1面，右侧风山墙面为C2面。
　　试验采用被动方法模拟风场。荷载规范中规定大气边界层中的风速剖面以幂函数表示，即
　　式中：U为离地面高度Z处的风速；Z0为参考高度；α为地面粗糙度指数；U0为参考高度处风速；Z为测压点高度。
　　本文中仅对B类地貌风场进行模拟，α=0.15。大气边界层几何相似比和模型相似比一致，均为1∶50。
　　风洞试验中，参考点高度为0.917 5 m，对应于实际高度为45.875 m，试验直接测得的各点风压系数都是以该高度处的风压为参考风压，试验风速取为13 m·s-1。

　　1.2 试验结果
　　1.2.1 风压系数等值线
　　在风洞测压试验及数据处理中，根据各测压点风压和参考点处的总压和静压，按式（2），（3）计算以试验参考点处的动压为参考风压的各测压点量纲一的风压系数和脉动风压系数
　　式中：Cpir为以试验参考点处的动压为参考风压的*i测点处的风压系数；Cpirmsr为以试验参考点处的动压为参考风压的*i测点处的脉动风压系数；pi为试验中*i测点处的风压；pr0，pr∞分别为试验参考点处的总压和静压；qr为参考点处的动压，qr=pr0-pr∞；σp为脉动风压均方根。
　　为方便比较分析，取10 m高度处风压为参考风压，将风洞试验中直接测得的风压系数按式（4）换算成以B类地貌风场、10 m高度处风压为参考风压的风压系数
　　式中：Cpi为以10 m高度处风压为参考风压的*i测点处的风压系数（平均风压系数Cpimean或脉动风压系数Cpirmsr）；Zr为试验参考点高度。 　　模型1，2的风压系数等值线分别见图3，4。
　　1.2.2 体型系数
　　各测压点局部风荷载体型系数μsi由试验所测得的以10 m高度处风压为参考风压的各测压点的平均风压系数，按式（5）计算而得
　　式中：Pimean为测点i处10 min平均风荷载。
　　屋面体型系数μs为风压系数对所在面进行面积加权平均后的结果，计算公式为
　　式中：Ai为*i点所属表面面积。
　　模型各面体型系数随风向角变化曲线见图5。
　　2 数值分析
　　2.1 控制方程
　　当前应用较广的钝体绕流问题的控制方程是基于RANS的NavierStokes方程。湍流时均流动的控制方程为《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
　　与之前版本相比，在本规范之后，荷载组合规则摈弃“遇风组合”的概念（具体的在此不做详细介绍）。根据新的观测资料重新对全国各气象台统计了风压，并将风荷载的基本值的重现期由30年一遇改为50年一遇；地面粗糙度增加一种类别；对山区建筑的风压高度变化系数给出考虑地形条件的修正系数；对维护结构构件的风荷载给出专门规定；提出对建筑群体要考虑建筑物相互干扰的影响；对柔性结构增加横风向风振的验算要求。

三、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2006版
　　本版本是对GB50009-2001的局部修正。
　　对于计算维护结构时，风压体型系数改为局部风压体型系数；修改了考虑顺风向风振的适用条件：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构。
　　对于阵风系数，非直接承受风压的屋面、墙面构件取值1.0。对于横风向风振，也作了一定的修改。
　　1.5 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
　　在风荷载计算部分，主要调整了风荷载高度变化系数和山峰地形修正系数；补充完善了风荷载体型系数和局部体型系数，补充了高层建筑群干扰效应系数的取值范围，增加对风洞试验设备和方法要求的规定；修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数。增加大跨屋盖结构风振计算的原则规定；增加了横风向和扭转风振等效风荷载计算的规定，增加了顺风向风荷载、横风向及扭转风振等效风荷载组合工况的规定；修改了阵风系数的计算公式与表格。
　　根据新的观测资料，重新统计全国各气象台站的风压，调整了部分城市的基本风压值，绘制了新的全国基本风压图。
　　增加附录“高层建筑顺风向和横风向风振速度加速度计算”。
　　不难看出，每一次修订的版本都会根据新的观测结果对**版本进行修正，按照生产实际的变化，荷载规范也随之发生相应的变化。

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