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1、第33卷第1期郑州大学学报(自然科学版)Vol.33No.12001年3月JOURNALOFZHENGZHOUUNIVERSITYMar.2001建筑风环境模拟及其舒适性判断123吴义章, 李 阳, 齐常生(1.郑州工业大学土木建筑工程学院 郑州450002;2.河南省商业高等专科学校 郑州450052;3.灵宝市建设局 河南灵宝472500)摘 要:某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟试验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模
2、拟研究方法.关键词:风环境;风洞模拟试验;舒适性中图分类号:TU834.3文章编号:1001-8212(2001)01-0092-03某些建筑布局会引起很强的局部风,特别是高层建筑有时会引起周围局部地区风速的大增和紊乱,产生不良的风环境.1964年,英国Crondon市建成了一座高75米、东西宽18米、南北长70米的大楼,在大楼底层中部有一宽12米的人行通道把西侧的商业区和东侧的街道联系起来,该楼建成后,在商业[1]区及人行道出现了强风,影响了人们的舒适.诸如此类的风环境出问题的例子很多.因此,不舒适的风环境问题引起了人们的重视.现在
3、风环境问题已成为高层建筑设计必须预先考虑的问题之一,但是在我国许多设计师和建设者尚未充分认识到这一问题的重要性,也不很清楚如何解决风环境问题.由于风绕建筑物的流动是湍流、分离流、三维流动,空气动力学在理论上还难以解决这种复杂的流动问题.当前,研究风环境问题的主要方法是风洞模拟试验,风洞模拟试验既可以进行关于风环境问题的基本课题系统研究,又可以进行旨在解决某具体建筑风环境问题的模拟试验研究.本文从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等几个方面介绍了风环境风洞模拟研究方法.1 大气边界层模拟风吹过地面时,受到地面
4、上各种粗糙元(草、庄稼、森林、房屋建筑等等)产生的摩擦阻力作用而使风的能量减少因而风速减小,减小的程度随离地面的高度的增加而降低,形成上大下小的风速剖面,这一层受地球表现摩擦阻力影响的大气层称为大气边界层,建筑物均处于大气边界层中,因此进行建筑风环境模拟研究必须在风洞中模拟大气边界层.不同的地面条件产生的大气边界层具有不同的特征,大气边界特征主要包括平均风速剖面、湍流结A构和温度层结等几个方面,大气边界层风速剖面符合幂指数分布规律,即VöVr=(zözr),其中Vr,zr分别是参考点风速和高度,不同的地面条件,幂指数A不同,一般来说,
5、A在0.14～0.40内取值.文献[2]根据上海和广州的实测提出了如下湍流强度剖面:-1.7AzIu=1.5A.10[3] 在风洞模拟中首先要模拟风速剖面,利用尖塔、挡板、粗糙元可以在风洞中模拟大气边界层,对于平面型等腰三角形尖塔,尖塔底宽b、高h,尖塔布置横向间隔hö2时,[4]给出了尖塔设计经验公式h=1.39zg(1+Aö2),böh=0.5[W(Hözg)ö(1+W)](1+Aö2),收稿日期:2000-06-21作者简介:吴义章(1970-),男,工程师,从事基础工程和风工程研究. 第1期吴义章等:建筑风环境模拟及其舒适性
6、判断932AW=B{2ö(1+A)+B-1.13Aö[(1+A)(1+Aö2)]}(1-B),B=(zgöH)ö(1+A),其中,A是模拟幂指数,H是试验段高,zg是模拟边界层高.据研究,Irwin公式只能是一个出发点,大气边界层模拟是一个繁琐的试凑过程,在模拟中除了模拟大气边界层风速剖面外还要兼顾湍流度剖面和湍流积分尺度,在模拟过程中可把握下面几点:(1)增大尖塔宽高比,模拟值A增大,三角形尖塔上部湍流度较小,可设计成梯形尖塔以改善湍流度剖面,也可以在尖塔前设置均匀格栅以增加湍流度,增加尖塔宽度,能增大湍流积分尺度,也就增大了大气边
7、界层模拟比例.(2)挡板置于尖塔底部或尖塔前,其作用是造成底部动量减小,即风速降低.初始挡板高度可取20cm或zgö6,增加挡板高度可增加底部风速降低量.(3)粗糙元对保持稳定的模拟边界层起重要作用,应从前至后布置几种不同规格的粗糙元,初始可采用边长15cm,10cm,5cm的立方块从前至后排列,分布率在8à～17à之间调节,如果要对幂指数A值稍做调整时,可以通过改变前部大粗糙元的间距实现.增加大粗糙元的高度,有助于增大A值.2 建筑模型风洞试验建筑模型风洞试验的目的是确定建筑周围行人高度风速与大气来流风速的对应关系,然后把试验结果和
8、气象风速统计资料结合起来,根据风环境判据判断建筑周围风环境的舒适性.在进行建筑物模型试验前先在风洞中建立适当比例的大气边界层流场,然后将建筑物模型置于风洞中的大气边界层流场中进行试验,建筑模型比例要与大气边界层模拟比一致
