Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2017, 6(6), 621-634
Published Online November 2017 in Hans. www.hanspub/journal/hjce
doi/10.12677/hjce.2017.66074
Characteristics of Wind Pressuremoon walk
Distributions on Oval-Shaped High-Ri
Structures
Yi Li1, Huizhen Li2
1School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan Hunan
2College of Civil Engineering, Hunan University, Changsha Hunan
Received: Nov. 4th, 2017; accepted: Nov. 17th, 2017; published: Nov. 21st, 2017
accomplish的用法Abstract
=, D/B = 0.75) in a wind tunnel test, this thesis investigates
coherence functions and the power spectra of wind pressure. The author has obtained the fre-quency of vortex shedding at long axis wind direction, and defined the boundary points of wind-ward facades, transition facades and leeward facades. The coherence functions of typical test points are fitted using the empirical formulas. The fitting results indicate that oval-shaped high-ri structures have good horizontal coherence at transition facades, and have good vertical coherence at big curvature areas, but have wor coherence than rectangular structures.
Keywords
欲望都市 第一季Wind Tunnel Testing, High-Ri Building, Wind Pressure, Coherence Function
椭圆形高耸结构的风压分布特性
李毅1，李慧真2
1湖南科技大学，土木工程学院，湖南湘潭
2湖南大学，土木工程学院，湖南长沙
Email:
收稿日期：2017年11月4日；录用日期：2017年11月17日；发布日期：2017年11月21日
李毅，李慧真
摘
interval是什么意思要
基于一标准椭圆形高耸结构模型(7.5=, D /B = 0.75)的风洞试验结果，研究了风向角、测点位置
及测点高度对模型表面的风压系数、风压系数功率谱及相干性的影响，得到了模型在长轴迎风时的漩涡脱落频率，并定义了模型在长轴迎风时迎风面、过渡区和背风面的分界点。利用经验公式拟合了典型测点的相干函数，计算结果表明椭圆形高耸结构在过渡区水平相干性最好，在曲率较大处竖向相干性最好，但水平和竖向相干性都比矩形结构差。
关键词
风洞试验，高耸结构，风压，相干函数
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licend under the Creative Commons Attribution International Licen (CC BY). creativecommons/licens/by/4.0/
1. 引言
高耸结构是一种特殊的结构形式，具有高度高、外形细长、重量轻、阻尼小的特点，广泛应用于电力、通讯、广播电视等领域。我国规范对高耸结构和高层建筑没有划分明显的界限，且二者的研究方法相近，因此下面将前人对高层建筑和高耸结构的研究成果一并进行论述。Jamieson 等[1] (1992)对带有圆角、凹角、倒角的高层建筑刚性模型进行了风洞试验研究，讨论了不同角沿布置方式的峰值风压。顾明和叶丰[2] (2006)对10个超高层建筑模型(包括矩形、方形、三角形和Y 型)进行了刚性模型多点同步测压风洞试验，发现建筑物的迎风面风压为正，背风面和侧风面风压为负，不同风场下平均风压相近，脉动风压相差较多，几种截面形式下矩形和方形的风压系数最大。李永贵[3] (2012)研究了矩形和不同角沿形式截面模型风压分布规律，发现圆角模型的极小峰值风压比方形的大很多。目前国内外学者对椭圆形高层建筑和高耸结构的研究比较少，对椭圆形高耸结构进行系统性研究的更是缺少。因此，如何精确、有效、系统地对椭圆形高耸结构的风压和风荷载进行分析是当前亟待解决的重要问题。
本文对一标准椭圆形截面的高耸结构刚性模型(7.5,0.75D B =)进行了测压风洞实验，系统地研究了椭圆形高耸结构在长轴迎风时不同风向角下的风压分布、风压谱及风压相关系数和相干函数；定义了模型在长轴迎风时的迎风面、过渡区和背风面的分界点；并利用经验公式拟合了典型测点的相干函数。
2. 风洞实验概况
设计了一长轴和短轴长度分别为88 mm 和66 mm(即7.5,0.75D B =)的标准椭圆形截面的高耸结构刚性模型，模型的高度为570 mm ，整个模型共布置240个测点，10层测点，从下到上依次为A 层~K 层，模型的测点分布以及风向角示意图如图1所示。对模型进行多点同步测压风洞试验，实验的参考点高度为570 mm ，控制风速为10 m/s ，如图2所示。风场模拟严格按照荷载规范B 类地貌进行模拟[4]。实验时，每隔10˚逆时针转动转盘一次，从0˚转到360˚。并在90˚~106˚风向角每隔3˚逆时针转动一次，每一个风向采集一组数据。
李毅，李慧真
(a) 测点布置及风向角示意图 (b) 测点层布置图
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Figure 1. Disposition of test points on the model and definition of wind direction 图1. 模型的测点分布图以及风向角示意图
Figure 2. Wind tunnel test 图2. 风洞试验
1
67819180°
0°
270°
90°
测点层A(55mm)
测点层B(115mm)
测点层C(175mm)
测点层D(235mm)
测点层E(295mm)
测点层F(355mm)
测点层G(415mm)
测点层H(465mm)测点层J(510mm)测点层K(550mm)
李毅，李慧真
黄剑和顾明[5]的研究表明对于圆形和椭圆形等具有曲面形式的超高层建筑，在进行风洞试验时要考虑雷诺数效应。本文的雷诺数为在46.0710×，处于亚临界范围内。黄本才[6]在圆柱体二维绕流一节中提到，在亚临界范围内，漩涡在圆柱体的截面中心前缘交替脱落，并在圆柱体背后附近形成带有漩涡的剪切层。
3. 风压系数分布
模型上各测点的风压系数为
2
12i pi H
P P C U ρ∞
−=morality是什么意思
(1) 2
12Pi
C pi H
U σσρ=
(2) 式中，pi C 和C pi σ表示试验模型上第i 个测压孔所在位置的平均风压系数和脉动风压系数；i P 表示该
位置上测得的模型表面风压值；P ∞表示来流风的静压；2
12H U ρ表示模型顶部的风压。
3.1. 不同风向角下的风压系数分布
本小节研究椭圆形高耸结构风压随风向角的变化特性，由于模型中部测点受到的扰动较小，故选取E 测点层的E1、E7、E13、E19四个具有典型代表的测点进行分析。这些测点分别位于椭圆结构的对称轴上，与风向角的位置关系如图1(a)所示。
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图3可以看出，风向角从90˚变化到106˚变化过程中，
(1) 测点E7处于迎风面上，其平均风压系数保持为正值，在风向角增加的过程中，平均风压系数有所减小；但脉动风压系数随着风向角的增大略有减小，这是由于长轴迎风时，迎风面较大，在风向角增大的过程中，E7仍处于迎风面上，且逐渐偏离迎风面的中心点，故脉动风压系数呈减小趋势。
(2) E1、E13、E19在整个风向角变化过程中，平均风压系曲线几乎完全重合。E19位于背风面，随着风向角的增大，脉动风压系数有增大趋势，造成这种现象的原因可能是风向角的增大使E19越来越靠近气流分离点。
(3) E1在风向角变化过程中，脉动风压系数变化幅度最小，说明长轴迎风时风向角变化对较远分离
(a) 平均风压系数 (b) 脉动风压系数
Figure 3. Wind pressure coefficients for long axis wind flow 图3. 长轴迎风时的风压系数
平均风压系数
风向角(°)
脉动风压系数
风向角(°)
besign李毅，李慧真
点的脉动影响较小；而E13测点的脉动风压系数有较大的增长，在风向角变化过程中，来流不断地向E13靠近，使E13处气流分离更加剧烈，造成了E13测点脉动风压系数的增大。
3.2. 同一风向角下不同测点的风压谱
为了全面的展现椭圆形高耸结构在同一测点层高度下不同测点的风压特性，本小节从频域的角度来分析其风压特性，得到了长轴迎风时E 测点层的归一化的风压谱，如图4所示，图中横坐标表示折减频率，B 代表迎风面的特征宽度。
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图中可以看出，模型在长轴迎风时，各测点的风压谱对称性较好，且测点E4-E10、E18-E20风压谱带宽明显比其它测点大。测点E1-E3、E11-E17、E21-E24受漩涡脱落影响，受漩涡脱落的影响，具有明
显的单峰特征，漩涡脱落频率为0.190，这个测点范围属于本椭圆形高耸结构模型的过渡区；测点E4-E10风压是由来流紊流引起的，两边测点E4和E10也在折减频率0.190处出现峰值，是由于它们靠过渡区较近，两侧点同时受到来流湍流和漩涡脱落的影响，这个测点范围属于模型的迎风面；E18-E20则属于模
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Figure 4. Power spectra of wind pressures for long axis wind flow 图4. 长轴迎风时模型风压谱
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