循环风洞干燥实验(5000字)

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循环风洞干燥实验

循环风洞干燥实验装置

说明书

天津大学化工基础实验中心

2011.10

一. 实验装置的基本功能和特点:

本装置为学生学习干燥曲线、干燥速率曲线及临界湿含量测定方法提供了实验平台,同时,可练习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法,通过实验,加深学生对干燥过程及干燥机理的理解,并通过操作实物干燥过程,了解干燥操作中废气循环的流程和概念。本说明书还列举了一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子,介绍数据的处理和计算方法。本实验装置还可以为研究恒速干燥速率,临界湿含量,平衡湿含量等参数随其影响因素的变化规律提供平台。整套装置具有结构紧凑,占地面积小,干燥介质空气流量调节范围大,耗能量小,操作方便等特点。可以方便地测得常见的、典型的干燥曲线、干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。

1. 用途:

(1) 供学生做实验,学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量的实验测定方法,加深对干燥操作过程及其机理的理解。

(2)供学生学习干湿球温度湿度计的使用方法,学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法。

(3)供学生通过实物了解干燥操作中废气循环的流程和概念。

(4)为学生提供一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子,以便掌握其计算方法。

(5)实验研究恒速干燥速率,临界湿含量,平衡湿含量随其影响因素的变化规律。

2.特点:

(1)结构紧凑,占地面积小。

(2)干燥介质空气流量的调节范围大。

(3)耗能量小。

(4)实验操作十分方便。

(5)可以很容易地测得常见的典型的干燥曲线,干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。

二. 实验装置简介:

1

1.实验设备流程图 (见图一)

2.实验设备主要技术参数:

(1)洞道干燥器: 空气流通的横截面积见表 1

(2)鼓风机:上海兴益电器厂BYF7132型三相低噪声中压风机,最大出口风压为1.7[kPa],电机功率为0.55 [kW]。

(3)空气预热器: 三个电热器并联, 每个电热器的额定功率为450 [W],额定电压为220 [∨]

(4)重量变送器: 量程0-200[g],精度0.1级,输出0-5[V],供电电源12[VDC]。

(5)压差变送器: 量程0-10[kPa], 精度0.5级,输出4-20[mA],供电电源24[VDC]。

(6)显示仪表:a.重量显示:输入0-5[V],显示0-200[g],供电电源220[VAC]。

b.压差显示:输入4-20[mA], 显示0-4[kPa],供电电源220[VAC]。

c.温度显示:输入PT100, 显示-50-150[℃],供电电源220[VAC]。

d.温度显示控制仪表:输入PT100, 显示-50-150[℃],输出

0-5[V],供电电源220[VAC]。(具体使用方法参见仪表使用说明书)

(7)被干燥物的试样:

被干燥物料为工业尼,每一套装置所用某种纺织布料的干燥面积、绝干物料量可能稍有差别,具体数值见调试实验的数据表,表2等。

三、实验方法及步骤:

1.实验前的准备工作

(1)将被干燥物料试样进行充分的浸泡。

2

(2)向湿球温度湿度计的附加蓄水池内,补充适量的水, 使池内水面上升至适当位置。

图一 实验装置流程图

1.中压风机;2.孔板流量计;3. 空气进口温度计;4.重量传感器;5.被干燥物料;6.加热器;7.干球温度计;8.湿球温度计;9.洞道干燥器;10.废气排出阀;

11.废气循环阀;12.新鲜空气进气阀;13.干球温度显示控制仪表;14.湿球温度显示仪表;15.进口温度显示仪表;16.流量压差显示仪表;17.重量显示仪表;

18.压力变送器。

(3)将被干燥物料的空支架安装在洞道内。

(4)调节新空气入口阀到全开的位置。

2.装置的实验操作方法

(1)按下电源开关的绿色按键,在按风机开关按钮,开动风机。

(2)调节三个蝶阀到适当的位置,将空气流量调至指定读数。

(3)在温度显示控制仪表上,利用(<,>,︿)键调节实验所需温度值,sv窗口显示,此时pv窗口所显示的即为干燥器的干球温度值,按下加热开关,让电热器通电。

(4)干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后,即可开始实验。此时,读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量(GD)。

循环风洞干燥实验

3

(5)将被干燥物料试样从水盆内取出,控去浮挂在其表面上的水份(使用呢子物料时,最好用力挤去所含的水分,以免干燥时间过长。将支架从干燥器内取出,再将支架插入试样内直至尽头)。

(6)将支架连同试样放入洞道内,并安插在其支撑杆上。注意:不能用力过大,使传感器受损。

(7)立即按下秒表开始计时,并记录显示仪表的显示值。然后每隔一段时间记录数据一次( 记录总重量和时间 ),直至减少同样时间重量的减少是恒速阶段所用时间的8倍时,即可结束实验。注意: 最后若发现时间已过去很长,但减少的重量还达不到所要求的克数,则可立即记录数据。

四、实验注意事项:

1. 在安装试样时,一定要小心保护传感器,以免用力过大使传感器造成机械性损伤。

2. 在设定温度给定值时,不要改动其它仪表参数,以免影响控温效果。

3. 为了设备的安全,开车时,一定要先开风机后开空气预热器的电热器。停车时则反之。

4.突然断电后,在次开启实验时,检查风机开关、加热器开关是否已被按下,如果被按下,请再按一下使其弹起,不再处于导通状态。

四. 附数据处理过程举例:

(一) 调试实验的结果

1. 调试实验的数据见表1, 表中符号的意义如下:

S─干燥面积, [m2]

GC─绝干物料量, [g]

R─空气流量计的读数, [kPa]

To─干燥器进口空气温度, [℃]

t─试样放置处的干球温度, [℃]

tw─试样放置处的湿球温度, [℃]

GD─试样支撑架的重量, [g]

GT─被干燥物料和支撑架的"总重量", [g]

G─被干燥物料的重量, [g]

4

T─累计的干燥时间, [S]

X─物料的干基含水量, [kg水/kg绝干物料]

XAV─两次记录之间的被干燥物料的平均含水量, [kg水/kg绝干物料] U─干燥速率, [kg水/(s·m2)]

2. 数据的计算举例

以表1所示的实验的第i和i+1组数据为例

(1) 公式: 被干燥物料的重量 G:

Gi?GT,i?GD ,[g] (1) Gi?1?GT,i?1?GD ,[g] (2) 被干燥物料的干基含水量 X:

XGc

i?Gi?

G , [kg水/kg绝干物料] (3) c

XGi?1?Gc

i?1?G ,[kg水/kg绝干物料] (4)

c

两次记录之间的平均含水量 XAV XXi?Xi?1

AV?2 ,[kg水/kg绝干物料] (5) 两次记录之间的平均干燥速率

U??G?3

C?10?3dXGC?10Xi?1?Xi

S?dT??S?T ,[kg水/(s·m2)] (6)

i?1?TI

干燥曲线X─T曲线,用X、T数据进行标绘,见图 二。 干燥速率曲线U─X曲线,用U、XAV数据进行标绘,见图 三 。 恒速阶段空气至物料表面的对流传热系数

??QUC?3

tw?102

S??t?t?tw ,[W/(m℃)] (7) 流量计处体积流量∨t[m3/h]用其回归式算出。

由流量公式[1]计算

5

Vt?c0?A0?2??P

?t

其中,c0-孔板流量计孔流系数,c0=0.67

d0-孔板孔径 , d0 =0.017 m

Vt- 空气入口温度(及流量计处温度)下的体积流量,m/h ; 3 ?P-孔板两端压差,Kpa

?t-空气入口温度(及流量计处温度)下密度,Kg/m3。 干燥试样放置处的空气流量

V?V273?t

试?273?t ,[m3/h] (9)

干燥试样放置处的空气流速

u?V

3600?A ,[m/s] (10)

(2) 数据:以表1实验数据为例进行计算(见表1) i=1

i+1=2

GT,i=152.6[g]

GT,i+1=151.4[g]

GD=102.0[g]

由式(1)(2)得: Gi=50.6[g], Gi+1=49.4[g] GC=24.1[g]

由式(3)(4)得: Xi=1.0996 [kg水/kg绝干物料]

Xi+1=1.0498 [kg水/kg绝干物料]

由式(5)得: XAV=1.0747 [kg水/kg绝干物料] S=2×0.145×0.082=0.02378[m2]

Ti=0 [s], Ti+1=180 [s]

由式(6)得: U=2.803×10-4 [kg水/(s·m2)]

6

第一套:

表1 干燥实验装置实验原始及整理数据表

循环风洞干燥实验

7

2.01.81.61.41.2

循环风洞干燥实验

X(kg/kg)

1.00.80.60.40.20.0

20

40

60

时间(分)

80

100

120

图二 干燥曲线

图二 干燥曲线

8

循环风洞干燥实验

3.0

2.5

2.0

U×10-(kg/s·M3

1.5

4

1.0

0.5

0.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8XAV(kg/kg)

1.0

1.2

1.4

1.6

图三 干燥速率曲线

图三 干燥速率曲线

第二套:

循环风洞干燥实验

循环风洞干燥实验

9

2.01.81.61.41.2

循环风洞干燥实验

循环风洞干燥实验

X(kg/kg)

1.00.80.60.40.20.0

10

20

30

40

50时间(分)

60

70

80

90

100

干燥曲线

图四 干燥曲线

6.0

5.0

4.0

4U×10-(kg/s·M3

3.0

2.0

1.0

0.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8XAV(kg/kg)

1.0

1.2

1.4

1.6

干燥速率曲线

10

循环风洞干燥实验

图五 干燥速率曲线

第三套:

表3 干燥实验装置实验原始及整理数据表

循环风洞干燥实验

11

1.2

循环风洞干燥实验

1.0

0.8

X(kg/kg)

0.6

0.4

0.2

0.0

20

40

60时间(分)

80

100

120

干燥曲线

图六 干燥曲线

循环风洞干燥实验

3.0

2.5

2.0

4U×10-(kg/s·M3

1.5

1.0

0.5

0.0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5XAV(kg/kg)

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

干燥速率曲线

图七 干燥速率曲线

第四套:

循环风洞干燥实验

12

循环风洞干燥实验

13

循环风洞干燥实验

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

循环风洞干燥实验

X(kg/kg)1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

0204060

时间(分)80100120

干燥曲线 图八 干燥曲线

循环风洞干燥实验

3.0

2.5

2.0

4

U×10-(kg/s·M31.5

1.0

0.5

0.0

0.00.20.40.60.8

XAV(kg/kg)1.01.21.41.6

干燥速率曲线

图九 干燥速率曲线

14

循环风洞干燥实验




第二篇:风洞实验 6400字

如果风洞试验显示结构顶点最大加速度超限或业主要求提高舒适度标准,可以考虑在房屋顶部设置调谐质量阻尼器(TMD)。

结构构件设计采用中国规范和风工程顾问提供的风洞荷载。

风洞实验

wind tunnel experiments

在风洞中安置飞行器或其他物体模型,研究气体流动及其与模型的相互作用,以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。

风洞实验的理论依据是流动相似原理。由于风洞尺寸、结构、材料、模型、实验气体等方面的限制,风洞实验要作到与真实条件完全相似是不可能的。通常的风洞实验,只是一种部分相似的模拟实验。因此,在实验前应根据实际内容确定模拟参数和实验方案,并选用合适的风洞和模型。

风洞实验尽管有局限性,但有如下四个优点:①能比较准确地控制实验条件,如气流的速度、压力、温度等;②实验在室内进行,受气候条件和时间的影响小,模型和测试仪器的安装、操作、使用比较方便;③实验项目和内容多种多样,实验结果的精确度较高;④实验比较安全,而且效率高、成本低。因此,风洞实验在空气动力学的研究、各种飞行器的研制方面,以及在工业空气动力学和其他同气流或风有关的领域中,都有广泛应用。

模型的设计和制造是风洞实验的一个关键。模型应满足如下要求:形状同实物几何相似或符合所研究问题的需要(如内部流动的模拟等);大小能保证在模型周围获得所需的气流条件;表面状态(如光洁或粗糙程度、温度、人工边界层过渡措施等)与所研究的问题相适应;有足够的强度和刚度,支撑模型的方式对实验结果的影响可忽略或可作修正;能满足使用测试仪器的要求;便于组装和拆卸。此外,某些实验还对刚度、质量分布有特殊要求。模型的材料在低速风洞中一般是高强度木材或增强塑料,在高速和高

超声速风洞中常用碳钢、合金钢或高强度铝合金。有些实验根据需要还采用其他材料。模型通常都是缩尺的,也有全尺寸的,有时还可以按一定要求局部放大。对于几何对称的实物,还可以利用其对称性做成模拟半个实物的模型。

对风洞实验结果通常须进行处理和分析。其主要内容是:将测量值换算成所需的空气动力学特性数据;分析综合各个实验环节可能引入的误差;对实验结果作出物理解释和数学说明;根据模型流动和实物流动的差别,修正实验结果。模型流动和实物流动的差别主要有:由风洞和模型造成的模拟失真,如雷诺数的差别、进气和喷流的模拟失真等;其次是风洞洞壁和模型支架的干扰影响;还有风洞流场的非均匀性、湍流度和噪声影响等。其中有些可以通过计算或者实验进行修正,更重要的是要注意积累使用风洞实验结果的经验。

常见的风洞实验有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观察技术等五个项目。

重庆万豪国际会展大厦结构设计

一、工程概况

重庆万豪国际会展大厦地处重庆市闹市区,大厦所处地势北高南低,相差5m.大厦地上69 层(含GF 层),地下5 层,建筑高度303.3m,地下22m,裙房7 层。地下5 层为停车库和设备用房以及商业用房,负2层与城市轻轨的出入口连为一体,地上7 层裙房为商业用房,第7 层采用空中通廊与现有万豪酒店相连,8 至68 层塔楼标准层平面为41×41m,8 至41层为公寓,42 至68 层为办公楼,顶层设置直升机停机坪。在第7 层、第23 层、第41 层、第54 层、顶层设置避难层。地下室和裙房层高4.5m-5m,公寓层高3.7m,办公楼层高3.9m.建筑用地面积9100 ㎡,总建筑面积182893 ㎡,其中地上建筑面积145348 ㎡,地下37545㎡.该大厦周围有10余栋已建或规划的高层或超高层建筑。

二、 地基与基础

1.地质情况该场地划分为I 类场地。大厦以巨厚层的中(微)风化泥岩为持力层,根据地勘,泥岩的地基承载力特征值为4.0Mpa,天然抗压强度标准值为12.4Mpa.后经岩质地基平板载荷试验,极限荷载平均值为16.4Mpa,地基承载力特征值为5.2Mpa,该地基是修建高层建筑的理想场地。

2.基坑及基础设计本工程地下5 层,因地势北高南低。相差5m,具备完全嵌固条件有4 层22m,大厦埋置深度为房屋高度的1/13.8,满足抗倾覆能力。塔楼的柱基础采用扩底桩(墩),塔楼内筒采用平板式筏形基础。我们采用美国ANSYS 公司编制的ANSYS 1 Mechanical 有限元分析软件的SOLID72 单元对塔楼扩底桩(墩)和塔楼筒体筏板及地基进行了三维计算分析,塔楼扩底桩(墩)采用D=4m,扩底5.5m,筏板25.8×25.8×4.5m.为筏板基础配筋提供可参考的数据。

三、风荷载

高层超高层建筑中水平风荷载计算是结构抗风设计的关键因素,但对于较高的特别是不规则的超高层建筑,加之建筑物风荷载受周围围建筑影响较大,需对现行规范的风荷载进行核准,为此,该大厦进行了模型风洞测压和气弹试验和三维数值风洞模拟,并与规范取值对比,进行合理的风荷载设计。重庆市100 年一遇基本风压为0.45 kN/㎡ 1.模型风洞试验本工程在西南交通大学风工程试验研究中心进行测压风洞试验。采用1:250的有机玻璃模型,周围500m范围内主要建筑物及环境采用泡沫塑料切成,模拟C类地貌大气边界条件。

以模型屋顶高度的气流风压为参考风压,测压试验来流风速7.5m/s.本试验在主体结构各表面布置,沿高度布置在23 个截面,共457 个测压

点,试验模拟了0o到360o的风向角,间隔22.5o,定义模型的正门法向方向为0o,转盘逆时针为正。

本风洞试验给出了16个风向角下各面各测压孔的风压系数。试验结果看出:各面正迎风面的正压沿横向其边缘处的风压均小于中间处的风压,沿高度方向平稳变化,到4/5 高度处(距顶部15-30m)达到最大值,上部沿高度逐渐减少;背风面及两侧面负压较为均匀,沿高度变化较小。由于大厦周围高层建筑对气流的影响,大厦各面会有局部高风压区现象出现,尤其是周围高层建筑物高度以下区域,有放大作用也有减少作用,有时甚至会出现压力系数反号。当风向角为1350和900时X向、Y向基底总剪力达到最大值。

数值风洞模拟本工程委托同济大学航空航天与力学学院进行数值风洞模拟。数值风洞模拟与一般实验室风洞类似,需设置一个风洞,风洞有入口、出口、地面、壁面,大厦和周围建筑物数值模型建立于风洞中,数值模型按原型尺寸(1:1)建模,属刚性模型。建模、计算和后处理由国际上领先的计算流体动力学软件CFX5.5完成。

报告提供了16 个风向下的各层沿X、Y 向的平均风合力及绕Z轴总合力矩,结果表明X 向基底总剪力最大者为135o风向;Y 向基底总剪力最大者为90o;绕Z轴总合力矩最大者为0o.同时给出了各不同风向下大厦各表面最大风压等值线分布云图,为玻璃幕墙设计提供了依据。风压等高线图分布来看,各面正迎风面中部绝大部分区域为正,而由于分离流的原因在边缘附近小部分区域为负压,背风面一般为负压且大小比较均匀。 风荷载比较与取值我们将三种方法得出的正迎风面静风荷载和考虑动风荷载进行对照,见图3 及图4.风洞试验表明,在37层以下受周边建筑的影响,风洞试验风荷载值比规范值有放大作用,而在37层以上风洞试验

风荷载值比规范值小。按荷载规范计算的总风荷载比风洞试验试验的风荷载大约9%。

数值模拟与风洞试验结果基本一致,风压沿高度最大值约在建筑物的4/5 高度处;各层风荷载规范计算值最大,数值模拟值其次,风洞试验值最小。规范计算的风压最大值在建筑物顶部,规范计算的顶部风荷载偏大且不尽合理,风压合力作用点较高,总风荷载较数值模拟与风洞试验值大, 因而在整体计算时,按规范计算偏于保守。数值模拟与风洞试验结果揭示了风向角为135o和90o时X 向、Y 向基底总剪力最大,这是现有高层计算软件不易实现的。从风洞试验和数值模拟结果看,大的负压出现在塔楼较低处或建筑物边缘处,构的整体计算虽没有大的影响,但对玻璃幕墙设计安全影响很大,应引起重视。

在总体计算时,分别对0o、90o、135o来风进行了计算。风荷载取值按现行规范,但建筑物顶部按照模型风洞试验结果取用,并适当考虑了由数值模拟与风洞试验测出的扭矩。

四、上部结构

1. 结构方案本工程上部结构共69 层,其中裙房范围7 层,塔楼总建筑高度303.3m,目前是我国已建和在建钢结构高层中最高的。高宽比为

7.34,属超限高层。大厦结构基本周期8s,属少有的长周期高层建筑。

根据建筑功能、建筑布置、建筑高度的情况,曾考虑过采用两类结构方案,即全钢结构及钢-混结构。根据结构抗震性能、施工速度、结构自重以及造价综合比较,本工程塔楼采用了全钢结构方案,裙房和地下室在塔楼的范围外,仍采用现浇钢筋混凝土结构。

塔楼采用了带加强层的钢框架-核心筒结构体系。外框架由钢柱、梁组成;核心筒由钢柱、梁组成的钢框架和钢支撑组成。利用建筑的设备-避难层设置钢结构的外伸桁臂及腰桁架,组成加强层(4 道)。

塔楼7F 以下为裙房、地下室共13 层,采用钢骨混凝土柱,这主要是为了解决钢结构塔楼与混凝土裙房能够连接协调,利于节点构造处理,同时充分利用高强度混凝土的抗压强度,减小了钢骨的断面.

7F 以下为钢骨柱,钢筋混凝土截面尺寸为1400x1400 及1500x1500,钢骨为带翼缘的十字形断面;8F 以上为箱形钢柱,柱断面尺寸为

1200x1200mm 到600x600mm,钢柱板厚为80mm 到20mm.在内筒纵、横各设置三道支撑,采用中心支撑及八字形偏心支撑。支撑采用H 钢,断面为H400x400x25x30、H400x400x25x40 两种。

钢梁均为H 形钢梁。8F 以下外框梁高为700mm,8F 以上外框为满足建筑净高的要求,梁高为650mm;为保证结构整体侧向刚度,内筒的框架梁高均为900mm.次梁与框架主梁采用铰接,按组合梁计算。为了使角部框架梁的受力均匀,在角部增设次梁,并且隔层调换方向。

楼板以压型钢板作施工模板,采用现浇钢筋混凝土非组合楼板。 抗震及抗风设计

(1) 设计要求依据文献[3],本工程50 年超越概率63%、10%、5%、3%、2%所对应的基本烈度值分别为5.2、6.1、6.3、6.4、6.6,按重庆市地震局的批复,按照50年超越概率3%的设计地震动参数进行抗震设防。由于现有计算程序无法输入6.4度的地震动参数,在抗震计算时,取7 度的参数进行计算。

(2) 总体设计

1)使用及建筑要求设置的条件:

a. 塔楼部分平、立面非常规则,双向基本对称,建筑与结构结合较好,为结构抗震提供非常有利的条件。

b. 全钢结构,材质均匀,延性较好,能很好地满足抗震二道设防的要求。

2) 侧力构件的设计:

a. 内筒框架—支撑结构:在柱间均设置了钢支撑,部分为偏心支撑,有条件的框架柱间加设小柱,以加强框架支撑的侧向刚度。

b. 为提高内筒的框架支撑抗侧力体系的水平刚度,加高框架的高度,设计时权衡考虑梁承载力与增加水平刚度的要求。

c. 设置4 道加强层,在23、41、54及顶层由外伸桁架及外框腰桁架组成,加强层内筒的支撑均为中心支撑,设计中,比较了不同层设置加强层对水平刚度的效用程度,目前所设置的层数为最佳。

d. 裙房以下,采用钢骨混凝土柱、钢梁:考虑加强整体刚度及与裙房(钢筋混凝土框架结构)的连接,对提高结构整体的水平刚度起一定作用。

2) 按照《建筑抗震设计规范》8.2.3条“框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数,达到不小于结构底部总地震剪力的25%的要求,在本工程设计中考虑到这项要求并满足了规定的要求。

3)地上7 层以上地震效应比较大的层采用约束屈曲耗能支撑,可在罕遇地震作用下起到减震作用。

4) 薄弱部分的加强:

a.底层可能产生的薄弱部位:采用钢骨混凝土,是对结构抗罕遇地震时地震作用的加强,采用钢梁及钢支撑也可使塑性铰首先发生于支撑或梁而不是柱,以保证结构不致造成倒塌。

b. 加强层上下相邻的框架柱:由于坚强层的设置刚度有很大的突变,相连接的框架柱受力比较复杂,很可能成为薄弱部位。根据弹性计算的内力结果对截面要适当加强,留有相当储备量,再经弹塑性时程分析进行验算校核其受力与变形性能予以加强。

c. 通过弹塑性时程分析、检验上部结构首先产生塑性铰的层及构件,调整构件截面采用约束屈曲耗能支撑,使塑性铰发生移转到较次要构件,确保结构满足大震不倒的目标。

本工程进行了超限高层抗震专项审查,专家提出该建筑物高柔,要解决好舒适度问题。

气弹模型风洞试验结果由于重庆万豪国际会展大厦高而柔,又地处高层建筑密集的重庆市城区,其周边建筑物和地形对风场影响显著,因而其在强风作用下的风效应十分复杂,在强风作用下的动力效应不容忽视,为此进行了气动弹性模型风洞试验。通过对重庆万豪国际会展大厦1:250模型的气弹模型试验,取得了16 个风向角情况下大厦的的风致振动响应。经对试验结果分析,获得如下结论:

1)、在各风向角下,在设计风速范围内,万豪国际会展大厦均未发现涡激共振发生。

也未发生振动发散的驰振现象。结构屋顶处最大横风向振动位移(单边振幅)为b=0o 时,且为0.297m,最大顺风向振动位移(单边振幅)为b=270o 时,且为0.133m

2)、在各风向角下,10 年重现期风压时,大厦顶部最大振动加速度小于0.2m/s2,扭转振动角速度小于0.001rad/s,满足舒适度要求。

3)、当来流风向正对结构物某一面作用时,其横风向位移、加速度振动响应大于顺风向位移、加速度振动响应,因而对于该类高层建筑结构,其横风向荷载效应是不容忽略的。

4)、由于周边建筑物对气流的影响,大厦各面会有局部高风压现象的出现,因而在进行幕墙设计时对这一问题应引起重视。另外,周边建筑结构对大厦风压的影响,在其自身高度范围内较为显著,而对大厦顶部区域影响较小。

5)、大厦各侧面的最大负压大于最大正压。

5) 结构分析

1) 根据结构的特殊性,结构设计采用了三种软件分析计算,SATWE(中国建研院编)及MTS(中国同济大学编),ETABS(美国CSI 公司)主要计算结果相近。

2) 计算模型:按框架-支撑空间模型,地震力按X、Y两个方向风荷载还考虑135 度方向计算,并考虑藕联,共取45个振型的结果。

和CUZI-1 三条地震波,时程分析所用地震加速度时时程曲线的最大值为35cm/s2。

我国在计算建筑物加速度响应,特别是在横向风方面研究较少,在制定规程时参考了国外标准,结合我国实际情况进行了调整,为此,笔者用中国规程和加拿大规范分别进行了加速度计算。

五、结束语

1.通过对重庆万豪国际会展大厦动力特性分析可知,结构基本周期8s,属于高柔结构,在结构分析时需考虑P-Δ效应,结构布置基本对称,对结构抗震有利,由风荷载控制设计。

2.采用外伸桁架及外框腰桁架是控制结构层间位移的有效方法。通过多次试算可以找到较为理想的外伸桁架位置和道次,并非设置的越多越好。

3.超高层钢结构底部数层采用钢骨混凝土柱,既可节省钢材又可适当增加结构抗侧刚度,同时,可很好解决与裙房钢筋混凝土梁之间的连接问题。

4.超高层建筑的舒适度问题是设计人员考虑的重要因素,宜采用多种途径验算分析,采用气弹模型试验更为可靠。

重庆英利未来国际大厦结构设计风洞实验

—中国建筑西南设计研究院有限公司

北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对未来国际大厦以1:300的大厦模型进行了试验研究。得到了该建筑的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确定该建筑物在100年重现期风速下的安全系数和稳定性。

◇重庆大学土木工程学院 重庆市市政设计研究院

张亮亮、潘颖、周剑波、余洋、吴云芳

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