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建筑工程风洞试验方法标准.pdf

建筑工程风洞试验方法标准

liuli3068
2013-02-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《建筑工程风洞试验方法标准pdf》,可适用于经济金融领域

UDC中华人民共和国行业标准PJGJ×××-×建筑工程风洞试验方法标准Standardforwindtunneltestofbuildingsandstructures(征求意见稿)《建筑工程风洞试验方法标准》编制组JGJ前言根据住房和城乡建设部《关于印发年工程建设标准规范制订、修订计划的通知》(建标号)文件的要求编制组经广泛调查研究认真总结实践经验参考有关国际标准和国外先进标准并在广泛征求意见的基础上制定本规程。本标准规定的主要技术内容是:风洞试验分类物理风洞试验的一般规定数值风洞模拟的一般规定数据处理和试验报告的一般规定风洞和测试设备测压试验测力试验气动弹性模型试验风环境试验的一般规定和测试要求风环境评估方法和要求地形模拟、流动显示、污染扩散、积雪漂移等特殊试验的基本规定。本规程由住房和城乡建设部负责管理中国建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议请寄送至中国建筑科学研究院(地址:北京市北三环东路号邮政编码:电子邮件:cabrwindcabrtechcom)。本规程主编单位:中国建筑科学研究院广东省建筑科学研究院本规程参编单位:同济大学湖南大学西南交通大学浙江大学长安大学哈尔滨工业大学华南理工大学北京交通大学中国空气动力研究与发展中心河南省建筑科学研究院建研科技股份有限公司绵阳六维科技有限责任公司本规程主要起草人员本规程主要审查人员:目录总则术语和符号术语符号基本规定试验分类物理风洞试验数值风洞模拟数据处理和试验报告试验设备风洞测试设备风荷载试验测压试验测力试验气动弹性模型试验风环境试验一般规定测试要求风环境评估方法和要求其它试验附录A风洞试验标准模型本规范用词说明引用标准名录附:条文说明ContentsGeneralprovisionsTermsandsymbolsTermsSymbolsBasicrequirementClassificationoftestsPhysicalWindTunnelModelTestNumericalWindTunnelSimulationDataProcessingandTestReportFacilityWindTunnelTestFacilityTestforWindLoadWindPressureTestsOverallWindLoadTestsAeroelasticTestsTestforWindEnviormentGeneralRequirementTestRequirementEvaluationoftheWindEnvironmentAppendixAStandardWindTunnelModelTest…………………………………………………ExplanationofWordinginthiscode………………………………………………………………NormativeStandard………………………………………………………………………………Addition:ExplanationofProvisions………………………………………………………………总则为规范和统一建筑工程风洞试验的方法保证试验的质量提高试验结果的可靠性和准确性制定本标准。本标准适用于建筑物和构筑物的各类风洞试验。本标准根据国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB有关条文的要求依据理论与实验空气动力学原理制定。建筑工程的风洞试验除应符合本标准之外尚应符合国家现行有关标准的规定。术语和符号术语边界层风洞boundarylayerwindtunnel能人为产生和控制气流模拟大气边界层流场特性的一种洞体状的试验设备。测压试验windpressuretest以测量建筑物表面风压分布为主要目的的风洞试验。测力试验windforcetest以测量建筑物的整体风荷载或部分受力为主要目的的风洞试验。风环境试验windenvironmenttest以测量建筑物周围风环境为主要目的的风洞试验。气动弹性模型试验aeroelasticmodeltest采用弹性模型模拟建筑物在风作用下的振动特性并在风洞试验中重现建筑物在风作用下的动力行为的试验。地形模拟试验topographysimulationtest为测量复杂地形或大范围地面粗糙物上空风场的变化和分布而进行的模型风洞试验。流动显示试验airflowvisualizationtest利用示踪粒子表现建筑物周围流动状态的风洞试验。污染扩散模拟pollutiondispersionmodeling通过对环境和污染源的缩尺模拟再现污染扩散过程并对相关参数进行定性或定量分析的风洞试验。积雪漂移试验snowdrifttest对风雪联合作用下的屋面积雪运动规律和积雪分布进行模拟的风洞试验。风雨共同作用试验windraincouplingeffecttest研究建筑物或构筑物在风和雨联合作用下的运动、侵蚀等效应的试验。风浪共同作用试验windwavecouplingeffecttest研究水上建筑物或构筑物在风和浪联合作用下的荷载及运动等效应的试验。数值风洞模拟numericalwindtunneltest基于计算流体动力学(CFD)基本原理采用计算机模拟气流对建筑物的作用、流场分布以及物理现象。背景湍流度backgroundturbulenceintensity空风洞状态下模型区中心处湍流度和模型区域内的湍流度分布情况。轴向静压梯度axialstaticpressuregradient空风洞状态下试验段全长范围内沿中心线方向上不同位置的静压变化梯度。气流偏角airflowdeclination空风洞状态下试验段模型区内不同位置处局部气流偏转角度和平均气流偏转角度。阻塞比blockageratio建筑工程试验模型在风洞试验段横截面上的投影面积与试验段横截面面积的比值。风向角winddirection表征来流方向的参数通常定义北风为°风向角顺时针递增。雷诺数Reynoldsnumber流体的惯性力与黏性力的比值是表征流体流动状态的无量纲参数。大气边界层atmosphericboundarylayer受地球表面摩擦阻力影响明显的大气层。地面粗糙度groundroughness表征大气边界层中地表起伏或地面障碍物高矮疏密程度的参数。平均风速剖面averagewindspeedprofile大气边界层中平均风速随高度而变化的剖面可用指数律和对数律两种方式描述。湍流强度turbulenceintensity表征脉动风速强弱的统计参数定义为脉动风速均方根和平均风速的比值。湍流积分尺度turbulenceintegralscale表征湍流几何尺度的参数反映了湍流中涡旋的平均尺度。湍流功率谱密度turbulencepowerspectraldensity湍流脉动动能在频率或波数空间上的分布密度用来描述湍流中不同尺度涡的动能对湍流脉动动能的贡献。峰值因子peakfactor在一定概率水准下反映随机信号围绕平均值波动的最大幅值与其均方根的比值。几何缩尺比geometricscale建筑工程试验模型与原型几何尺寸的比值。测压管路系统pressuretubesystem模型表面风压测点到压力模块之间由导压管组成的系统。动压dynamicpressure将具有流动速度的气流无损失地转为速度为时的压强增量。静压staticpressure未受障碍物影响的气流的内部压强值。参考风速referencewindspeed风洞测试中试验段内流动基本不受建筑模型影响处的风速。风压系数pressurecoefficient作用于建筑物表面上的有效风压与某一高度来流动压的比值。模型天平系统modelbalancecombinationsystem测力天平试验中由刚性模型、支架、天平底座组成的系统。风速比windspeedratio测试点风速与参考点风速的比值参考点风速指来流处未受建筑模型影响的风速值。行人高度pedestrianlevel人对气流可感知区域距离地面或楼面的高度一般取离地面或屋面m~m范围的高度。计算域computationaldomain进行数值模拟计算时设定的求解区域。边界条件boundarycondition在计算域内进行数值模拟计算时设置的边界通常包含入流边界、出流边界及物体表面的壁面边界。湍流模型turbulencemodel以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为理论基础结合经验和假设而建立的一组描写湍流平均量的方程组。壁面函数wallfunction基于实验结果和理论分析得出的近壁区各参数变化的半经验公式。自平衡边界层selfbalancedboundarylayer数值风洞模拟中流动参数通过计算域后能继续保持原来特性的入口边界条件。水洞watertunnel能够人为产生和控制水流的管道状试验设备。水槽watertank通过机械设备使模型在静止水域中移动用以测量或观察模型绕流的流动特征的试验设备。符号Ac试验段横截面面积Am试验模型在试验段横截面的最大投影面积L物体在垂直于平均流速的平面上投影特征尺寸f频率Fr弗劳德数g重力加速度R平均风速比Re雷诺数St斯托劳哈尔数V来流的平均速度V当地标准地貌m高度处的平均风速rV测试点的平均风速η阻塞比。基本规定试验分类建筑工程风洞试验根据其研究的手段可分为物理风洞试验和数值风洞模拟。建筑工程的物理风洞试验根据研究目的不同可按下列方法分类:风荷载试验包括测压试验、测力试验、气动弹性试验等风环境试验包括行人高度风环境评估、建筑物自然通风环境试验等特殊试验包括地形模拟试验、流动显示试验、污染扩散模拟、积雪漂移试验、风雨共同作用试验、风浪共同作用试验等。建筑工程的数值风洞模拟根据研究目的不同可按下列方法分类:风荷载模拟可包括表面风压模拟、流固耦合效应模拟等风环境模拟可包括流场模拟、通风模拟等其它模拟可包括风致介质输运、风致积雪漂移以及列车风模拟等。研究建筑工程的风荷载和风致响应时应优先采用物理风洞试验方法在建筑方案设计和方案优选阶段也可采用数值风洞模拟方法。研究和评估建筑工程的行人风环境、风致介质输运、风致积雪漂移以及列车风环境等问题时可优先采用数值风洞模拟方法。物理风洞试验除特殊情况外建筑工程风洞试验应在模拟的大气边界层风场中进行。在模拟大气边界层中进行的风洞试验应按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB规定的地面粗糙度类别模拟平均风速剖面和湍流度剖面。对于需获得风振响应的试验尚宜考虑湍流功率谱和积分尺度的相似性要求。当模拟的流场特性与要求的流场特性误差较大时宜考虑对试验结果进行修正。处于特殊地形条件下的建筑工程风洞试验其风场特性宜按实际情况进行模拟。风洞试验测试过程中应保证模型区横向流场的均匀性。建筑工程风洞试验的测量和数据处理系统应通过附录A推荐的标准模型风洞试验的测试。对于特别重要或特殊的建筑工程应在不同风洞实验室进行独立对比试验。当试验结果差别较大时应通过重复试验或专家评审等方式确定合理的试验取值。为风荷载取值提供依据的风洞试验应选择~个风向角进行重复测量。重复测量得到的平均压力系数或平均风力(矩)系数偏差范围应满足最大相对误差不超过或最大绝对误差不超过。试验模型的尺寸应满足下列规定:阻塞比宜小于最大不应超过。阻塞比应按下式计算:mcAA()式中:Am试验模型在试验段横截面的最大投影面积(m)Ac试验段横截面面积(m)测试模型距边壁的最短距离不应小于试验段宽度的测试模型距顶壁的最短距离不应小于试验段高度的模型的几何缩尺比宜与风场的缩尺比保持一致。试验模型应包括有可能对测试建筑物产生显著影响的相邻建筑和周边环境。试验风速应根据采集数据的信噪比和频率比的要求确定并应考虑试验风速对于风剖面的影响。试验时应保持试验风速稳定。模型姿态改变后应待流场稳定后再进行测试。当模型区静压与洞体外静压差别较大时应采取必要的密闭措施防止洞壁间出现空气流动。应根据建筑外形及周边干扰情况选择多个风向角进行试验风向角间隔不宜大于°。当进行雷诺数敏感建筑物的风洞试验时应考虑雷诺数的影响。数据的采样时间应保证统计稳定性换算到原型的采样时间不应小于分钟。数值风洞模拟数值风洞模拟采用的商业软件或自主开发的程序应通过验证。利用数值风洞模拟开展研究的人员应具备相关的专业知识。数值风洞模拟中建筑物或构筑物的几何模型应准确反映实际工程的主要几何特征对几何模型不能详细模拟的重要构造或周边环境障碍物可采用适当的数学物理模型进行模拟。数值风洞中几何模型的阻塞比不宜大于。当采用网格离散的数值风洞模拟方法时网格尺度应满足模拟精度要求。在几何模型边缘尖锐或流场物理量梯度较大的区域网格应适当加密。在数值风洞模拟计算前应建立相应的空数值风洞模型检查入口、出口以及地面等边界条件的合理性并应检验自平衡边界层的要求。顶面边界和侧面边界条件宜设置为滑移壁面。数值风洞模拟计算应根据模拟的目的和计算方法选用合适的湍流模型和湍流模型参数。数值风洞模拟计算应保证结果收敛计算误差应能满足工程应用的要求。数据处理和试验报告用于数据处理的参考风速应在远离模型和洞壁干扰的位置测量得到。采集数据时应保证设备有良好的屏蔽避免噪声干扰。数据宜进行滤波等预处理。计算极值时可采用峰值因子法或极值统计方法。当采用峰值因子法时峰值因子的取值应满足一定的概率水准要求其最低取值不应小于。数据处理时基本风压应按国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB的相关规定取值。当进行高层建筑风致振动的舒适度评估时可根据气象资料考虑风向的影响。用于高层建筑主要受力结构强度设计的风荷载值宜考虑三维风荷载的相关性。试验报告的基本内容应包括:试验方法、试验内容、试验结果和使用建议。试验设备风洞用于建筑工程试验的风洞应按边界层风洞进行设计其气动布局可根据实际需要采用直流式或回流式。用于建筑工程试验的风洞设备投入使用前应通过风洞的验收和流场校测。在额定风速下空风洞的流场性能应满足下列规定:气流稳定性指标不应大于背景湍流度不大应于轴向静压梯度不应大于m流场不均匀度不应大于点流向偏角不应大于。转盘角度定位误差应小于±。测试设备商业化的风洞试验设备应具有合格证书和检验证书自主研发的风洞试验设备应满足测试精度的要求。试验设备应严格按设备使用说明操作并应按要求定期校准。应建立试验设备的使用维护档案并做好设备的日常检查维护工作。设备应定期进行保养确保其处于正常状态。测试设备的量程和精度应满足相关试验物理量的测量要求。动态试验时测试设备的频率响应特性应满足相关试验的要求。风荷载试验测压试验刚性试验模型应具有足够的刚度和可靠的连接试验中模型不应出现明显的变形和振动。试验模型的表面应布置足够的测点在压力变化较大的区域应适当加密。对于双面承受风压的区域应在两面同时布置测点。用于动态风压测量的管路长度不宜超过m且应采取必要措施减小测压管路传递的信号畸变影响。管路较长时应进行管路长度的修正。试验前应检查测压管路通气性和气密性。测压试验报告应根据主要受力结构和围护结构设计的不同需要提供平均风压系数和极值风压。对于平均风压系数应明确说明其和国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB中规定的体型系数的关系对于极值风压宜提供不同风向的包络值并应说明内压的影响。测试内压时应考虑模型内部容积的相似性。用于风振计算的测压数据应同步采集。测力试验用于动态测力试验的模型应选用质量轻、刚度大的材料制作天平模型系统应有足够的刚度和较高的固有频率试验前应进行固有频率和模态阻尼比的测定。试验模型的形心主轴宜与天平底座的主轴保持一致当出现水平偏心或天平测量中心与模型底部高度不一致时应对采集数据进行修正。动态测力试验应根据天平模型系统和原型的固有频率进行滤波处理和数据修正。高频底座天平试验可用于计算基本振型接近直线的结构的风致响应。气动弹性模型试验对气动弹性效应显著的重要结构宜进行气动弹性模型试验。气动弹性模型应考虑质量、刚度和阻尼比的相似性。气动弹性模型试验的风速应逐级增大最大试验风速换算到原型不应小于设计基本风速。气动弹性模型试验的结果应当按照相似律换算到原型并给出结构的实际响应值。气动弹性模型试验的数据采集应在模型响应稳定后进行。风环境试验一般规定新建的大型商业或住宅区域宜通过行人高度风环境试验研究建筑布局的合理性。既有的大型商业区或住宅区域内的新建建筑工程应通过行人高度风环境试验评估其对既有建筑周边风环境的影响。绿色建筑和其它对行人风环境有较高要求的建筑工程应对其周边行人高度风环境舒适度进行评价。在楼面、屋面等区域设有露天活动场地的建筑物可参照行人高度风环境试验的相关要求对活动区域进行风环境舒适度评价。测试要求评价新建建筑物对既有建筑风环境的影响时应分别测量新建筑建成前后周边区域的风速分布。进行风环境试验时模拟区域应包括需要评估的范围和周边重要建筑。风环境试验模型除应模拟建筑物的主要外部轮廓之外尚应模拟对行人高度风环境影响较大的建筑物细部构件和地面植被、障碍物等。样本点应包括建筑的主要出入口和行人活动区域密度应满足风环境评估要求且分布范围的半径不应小于建筑物的典型尺度。应在距离地面、屋面m高度范围内进行风速测量。测试的风向角不宜少于个角度宜与气象风速数据的方位角一致。风环境试验宜采用无方向敏感性的风速传感器进行测量。当采用其它方向性敏感的设备进行测量时应保证主流方向与探头主轴方向一致。风环境评估方法和要求建筑物的风环境舒适度应满足建筑功能的要求。新建建筑不应对既有建筑的风环境舒适度造成明显的不利影响。风环境舒适度可采用平均风速比作为评价指标平均风速比应按下式计算:R=VrV()式中:Vr样本点的平均风速V当地标准地貌m高度处的平均风速。行人活动区域的平均风速比不宜小于且高风速的发生频率应满足舒适度评估准则的要求。评估准则可按表的要求执行。表舒适度评估准则品质分级活动性适用区域相对舒适性舒适不舒适危险I长时站立坐室外餐厅msmsmsII短时站立坐广场msmsmsIII慢步公园msmsmsIV快步人行道msmsms发生频率<次周<次月<次年对于可能对行人活动造成危险的区域在条件具备的情况下宜采用综合考虑平均风速和阵风效应的特征风速作为评价指标。当缺乏气象统计资料时可采用简化方法评价行人风环境舒适度所有样本点的平均风速比不宜大于且不宜小于。其它试验对于建筑场地及周边存在体量较大的山体或者场地周边地形复杂时宜进行地形模拟试验。试验应符合下列规定:模拟区域半径不应小于km缩尺比不宜小于:应在模拟大气边界层风场中进行应测量场地内一定高度范围的风速并应明确其风向。流动显示试验可采用丝线法、烟线法和PIV粒子图像法等物理风洞试验技术或者采用数值风洞模拟方法。试验应能定性或定量反映流场的流动轨迹、速度场等流动信息。污染扩散试验应满足几何和动力相似准则雷诺数不应小于。积雪漂移试验宜满足以下相似条件:风场相似模型和原型雪介质颗粒的临界沉降速度和阈值剪切速度的比值相近。当降雨对结构风致振动产生较大影响时宜进行风雨共同作用下的风洞试验。风雨共同作用风洞试验的喷淋设备应能模拟主要的降雨特性。风浪联合试验在水池中进行时模型试验结果应考虑水的密度修正。试验应满足以下相似关系:pmgLUgLU()pmUfLUfL)式中:V来流的平均速度(ms)L物体在垂直于平均流速的平面上投影特征尺寸(m)g重力加速度(ms)f涡脱落频率(Hz)m模型取值p原型取值。当采用水洞或水槽等试验设备进行建筑工程模拟试验时其试验设备、试验要求可参考本标准相关规定执行。附录A风洞试验标准模型A低矮建筑风洞试验模型A低矮建筑标准模型应为无悬挑的平屋面房屋其全尺度尺寸可取为m×m×m(宽×长×高)(图A)。A风洞试验的几何缩尺比可取为:屋面上的测压点应按图A位置进行布置。A应采用刚性模型测压试验测量低矮建筑标准模型的表面风压分布地貌类别应取为B类地貌测试风向角可取为°°和°。图A低矮建筑标准模型的测点布置与试验风向A高层建筑风洞试验模型A高层建筑模型应为表面平整无任何附属物的矩形柱体其全尺度尺寸可取为m×m×m(长×宽×高)(图A)。A风洞试验的几何缩尺比可取为:测压点应按图A位置进行布置。A应采用刚性模型测压试验测量高层建筑标准模型的表面风压分布地貌类别应取为D类地貌测试风向角范围应为°~°风向角间隔不应大于°。图A高层建筑标准模型的尺寸A测压试验得到的体型系数允许偏差范围应符合图A的规定。体型系数测点编号体型系数测点编号a)度风向角b)度风向角体型系数测点编号体型系数测点编号c)度风向角d)度风向角图A高层建筑标准模型的试验结果本规范用词说明为便于在执行本规范条文时区别对待对执行规范严格程度的用词说明如下:)表示很严格非这样做不可的用词:正面词采用“必须”反面词采用“严禁”)表示严格在正常情况下均应这样做的用词:正面词采用“应”反面词采用“不应”或“不得”)表示允许稍有选择在条件许可时首先应这样做的用词:正面词采用“宜”反面词采用“不宜”表示有选择在一定条件下可以这样做的采用“可”。条文中指明应按其它有关标准、规范执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。引用标准名录《建筑结构荷载规范》GB中华人民共和国行业标准|建筑工程风洞试验方法标准JGJ××-××条文说明编制说明根据住房和城乡建设部建标号文“关于印发《年工程建设标准规范制订、修订计划》的通知”要求由中国建筑科学研究院会同各有关单位制订行业标准《建筑工程风洞试验方法标准》。编制组对国内建筑工程风洞试验的现状开展了广泛调研认真总结了近年来建筑工程风洞试验的实践经验参考了国外规范和国际标准的有关内容经反复讨论修改形成本征求意见稿。为便于广大设计、科研、学校等单位有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定《建筑工程风洞试验方法标准》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明供使用者参考。但是本条文说明不具备与规程正文同等的法律效力仅供使用者作为理解和把握规程规定的参考。目次 基本规定  试验分类  物理风洞试验  数值风洞模拟  数据处理和试验报告  试验设备  风洞  测试设备  风荷载试验

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