CN109443688B - 一种建筑结构瞬时内压测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑结构瞬时内压测量装置，应用在风洞试验装置领域，包括风力发生段和放置建筑模型的测试段。本发明通过电控挡风板实现了可自动控制模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然被破坏的情况，降低人为手动操作对试验结果的影响，同时还实现可自主控制破口位置及破口大小，并控制试验风风力和风向，且使风压传感器分布建筑内层结构周向，进而综合实现能够通过该试验装置分析研究出风力、风向、破口位置、破口大小与建筑内层结构在顺风面、背风面和横风面的内压分布情况的关系，实现多因素耦合，多结果输出的试验效果，为瞬时内压测量领域提供很好的理论研究支持。

Description

一种建筑结构瞬时内压测量装置

技术领域

本发明属于风洞试验装置领域，具体涉及一种建筑结构瞬时内压测量装置。

背景技术

建筑结构的玻璃门窗或幕墙在自然强风作用下被突然破坏时，风会从被破坏处的孔洞处涌入建筑内部，使建筑内部的风压产生较大变化；同样，会展中心、体育馆、火车站等大型公共建筑在强风作用下，门窗被人为的突然开启时，涌入建筑物内部的风所产生的风致内压，也会对室内人员的舒适度及屋内挂件以放置件的稳定性产生较大的影响。

为了研究清楚以上人为或自然强风环境下，建筑结构瞬时内压陡增后对内层结构的影响及风压分布情况，需要对建筑结构做风洞试验，即测试建筑玻璃门窗或幕墙等突然开启或突然破坏时，建筑内部的风压变化。

目前，对建筑物作风洞试验测试内压时，需手动的控制模拟建筑物门窗等的突然开启或玻璃幕墙等的突然破坏。现有的控制方法有以下两种：一种是，在建筑模型的孔洞或门处设置可活动的薄板或有机玻璃等，然后在薄板或有机玻璃上设置拉线，需进行风洞试验时，通过人为控制拉线，模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然破坏；另一种是，在建筑模型的孔洞或门处用薄锡纸贴好，试验时通过针状物刺破锡纸来模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然破坏。以上两种控制方法均通过人为控制拉线或者针状物来控制门窗等的突然开启或玻璃幕墙等的突然破坏时，往往会对风洞试验的风场造成干扰，且可操作性非常差，对试验数据产生较大的影响，测试结果可靠性较差，精准度较低。此外，以上方法还不能根据试验需求自动选择被破坏产生漏风空洞的位置，即不能模拟建筑物受风面不同位置的门窗或幕墙被破坏的情况，当然，也不能根据试验需求自动选择破坏产生漏风空洞的大小，即不能模拟建筑物受风面被破坏的门窗的数量。因此无法研究破口位置、破口大小与内压分布情况的关系。

现有的风洞试验测试内压的装置除以上问题外，通常还不兼备耦合风向、风力等因素与内压分布情况的关系，同时内压测量面也相对单一，通常也会测量顺风面，而忽略了背风面和横风面的风压情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种建筑结构瞬时内压测量装置，实现可自动控制模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然被破坏的情况，降低人为手动操作对试验结果的影响，同时还实现可自主控制破口位置及破口大小，并控制试验风风力和风向，且使风压传感器分布建筑内层结构周向，进而综合实现能够通过该试验装置分析研究出风力、风向、破口位置、破口大小与建筑内层结构在顺风面、背风面和横风面的内压分布情况的关系，实现多因素耦合，多结果输出的试验效果，其中多因素耦合能更加真实的模拟实际情况，多结果输出能提高试验效率，并分析得出各结果之间的关联性，为瞬时内压测量领域提供很好的理论研究支持。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种建筑结构瞬时内压测量装置，包括风力发生段和放置建筑模型的测试段，所述风力发生段内设有风机；所述测试段入口设有导流板；所述导流板的叶片呈细长菱形状，所述建筑模型包括建筑内层及套装于建筑内层外侧的挡风壳体；所述挡风壳体面朝测试段入口处一侧开口，该开口由电控挡风板密封；所述电控挡风板包括金属外框以及呈矩阵状布置于金属外框内的门窗单元；所述门窗单元呈矩形，包括薄板和分别连接设置于薄板四边的四块电磁铁，每块薄板上下两侧的电磁铁极性相同，且与左右两侧的电磁铁的极性相反，相邻门窗单元交接边处电磁铁极性相反，每块薄板背离测试段入口一侧设有控制电路；所述控制电路包括串联为电回路的电源、远程无线开关以及电磁铁组；所述电磁铁组由薄板周向的四块电磁铁串联或并联组成；还包括远程操作面板；所述远程操作面板上设有与呈矩阵状布置的门窗单元一一对应的远程控制按钮，每一个远程控制按钮可独立控制一个远程无线开关的通断；所述建筑内层面朝测试段入口一面均布设有若干第一风压传感器，背离测试段入口一面均布设有若干第二风压传感器，垂直测试段入口的两面均布设有若干第三风压传感器。

优选的，还包括设置于建筑内层周向四面的风速计矩阵，每一面的风速计矩阵由9个风速计，分别在建筑内层一面的上、中、下，左、中、右，呈3X3的形式布置而成。

优选的，还包括顺次设置在风力发生段和测试段之间的扩散段、稳定段和收缩段；所述扩散段内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段内径相同；所述收缩段内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段内径相同。

优选的，所述稳定段内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒。

优选的，相邻门窗单元交接边处的电磁铁形面为相互密封贴合的波纹型。

优选的，所述薄板为塑胶板。

优选的，所述电源为可充电电池。

优选的，还包括第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器设置于测试段入口处；所述第二温度传感器设置于挡风壳体内壁。

本发明的有益效果在于：本发明实现了可自动控制模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然被破坏的情况，降低人为手动操作对试验结果的影响，同时还实现可自主控制破口位置及破口大小，并控制试验风风力和风向，且使风压传感器分布建筑内层结构周向，进而综合实现能够通过该试验装置分析研究出风力、风向、破口位置、破口大小与建筑内层结构在顺风面、背风面和横风面的内压分布情况的关系，实现多因素耦合，多结果输出的试验效果，其中多因素耦合能更加真实的模拟实际情况，多结果输出能提高试验效率，并分析得出各结果之间的关联性，为瞬时内压测量领域提供很好的理论研究支持。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例一整体结构示意图；

图2为实施例一中建筑模型结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图3的透视图(省略各风压传感器)；

图5为实施例一中电控挡风板去掉门窗单元E后示意图；

图6为实施例一中电控挡风板去掉门窗单元A、B、D、E后示意图；

图7为门窗单元E背面结构视图；

图8为远程操作面板结构示意图；

图9为控制电路结构示意图；

图10为实施例二中相邻门窗单元交接处结构示意图；

图11为实施例三中建筑模型结构示意图；

图12为实施例四整体结构示意图。

附图中标记如下：风力发生段1、风机11、扩散段12、稳定段13、收缩段14、来福线套筒15、第一温度传感器16、第二温度传感器17、测试段2、导流板21、建筑内层3、第一风压传感器31、第二风压传感器32、第三风压传感器33、风速计34、挡风壳体4、金属外框5、门窗单元6、薄板61、电磁铁62、控制电路7、电源71、远程无线开关72、远程操作面板8、远程控制按钮81。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1～9，一种建筑结构瞬时内压测量装置，包括风力发生段1和放置建筑模型的测试段2，所述风力发生段1内设有风机11；所述测试段2入口设有导流板21；所述导流板21的叶片呈细长菱形状，所述建筑模型包括建筑内层3及套装于建筑内层3外侧的挡风壳体4；所述挡风壳体4面朝测试段入口处一侧开口，该开口由电控挡风板密封；所述电控挡风板包括金属外框5以及呈矩阵状布置于金属外框5内的门窗单元6；所述门窗单元6呈矩形，包括薄板61和分别连接设置于薄板四边的四块电磁铁62，每块薄板61上下两侧的电磁铁62极性相同，且与左右两侧的电磁铁62的极性相反，相邻门窗单元6交接边处电磁铁62极性相反，每块薄板61背离测试段2入口一侧设有控制电路7；所述控制电路7包括串联为电回路的电源71、远程无线开关72以及电磁铁组；所述电磁铁组由薄板61周向的四块电磁铁62串联或并联组成；还包括远程操作面板8；所述远程操作面板8上设有与呈矩阵状布置的门窗单元6一一对应的远程控制按钮81，每一个远程控制按钮81可独立控制一个远程无线开关72的通断；所述建筑内层3面朝测试段2入口一面均布设有若干第一风压传感器31，背离测试段2入口一面均布设有若干第二风压传感器32，垂直测试段2入口的两面均布设有若干第三风压传感器33。

试验进行时，打开风机11，风力的大小通过风机11的转速控制，风洞内的气流吹向测试段2的建筑模型，通过导流板21对试验风的导向作用，控制作用于建筑模型的风向，设置成细长菱形状，风阻更小，导流效果更好，具体可以是将导流板中央的转轴设置为电控转动式，其与风机转速的控制技术都为常规设置，故本申请不做赘述。

鼓风时，由于建筑内层3的迎风面及周向分别被电控挡风板和挡风壳体4遮挡，因此内外层风压不同。这里的电控挡风板结构具体参见图3、4，由3X3共9个门窗单元6组成，分别编号门窗单元A～I。各门窗单元上的四个电磁铁62的电极分布如图3、4所示，具体可通过电磁铁线圈的绕线方向来控制该极性布置的实现。当每个门窗单元对应的控制电路7被接通时，各电磁铁通电作用，相互紧密贴合，并由薄板61挡风，实现不透风不漏风。控制电路7详见图9，其中以门窗单元E为例，一旦远程无线开关72，即SE断开，则整个控制电路7断开，图7中门窗单元E的周向4个电磁铁则失去磁性，在风力作用下直接就被吹落，如图5所示，以此模拟门窗、玻璃幕墙等的突然被破坏的情况，试验风则由原门窗单元E的位置处吹入。其中远程无线开关72由图8中的远程操作面板8控制，按下远程操作面板8中标识为SE的远程控制按钮81则可将图9中远程无线开关SE断开，该无线控制断开的技术也为成熟的现有技术，故其控制方式本申请不作赘述。至此实现了无线破口的打开，避免了人为手动操作对试验结果的影响。

图5、7、9是以门窗单元E为例，实现了某一个破口位置的选择及控制，当然，根据试验需求，还可以选择其他位置的门窗单元E进行破口模拟。特别的，该种设置也可以实现破口大小的控制，只需要把几个毗邻着的门窗单元同时消除电磁铁即可，如图6，则是电控挡风板同时被去掉门窗单元A、B、D、E后的状态图，可以得到一个更大的破口，只需要同时按下远程操作面板8中标识为SA、SB、SD、SE的远程控制按钮即可，原理同上。

试验风由破口进入建筑模型作用于建筑内层3上，第一风压传感器31可测量瞬时内压中的顺风面风压，第二风压传感器32可测量瞬时内压中的背风面风压，第三风压传感器33可测量瞬时内压中的横风面风压。且每一面的风压传感器都均布设置有多个，可测量每一面不同高度不同宽度处的风压分布情况，且还可整合顺风面、背风面和横风面的测量值，一次性整体分析该种内压陡增的情况下各处压力的分布情况及规律，以此研究建筑结构瞬时内压陡增后对内层结构的影响及风压分布情况。

综上，本发明实现了可自动控制模拟建筑物的门窗、玻璃幕墙等的突然被破坏的情况，降低人为手动操作对试验结果的影响，同时还实现可自主控制破口位置及破口大小，并控制试验风风力和风向，且使风压传感器分布建筑内层结构周向，进而综合实现能够通过该试验装置分析研究出风力、风向、破口位置、破口大小与建筑内层结构在顺风面、背风面和横风面的内压分布情况的关系，实现多因素耦合，多结果输出的试验效果，其中多因素耦合能更加真实的模拟实际情况，多结果输出能提高试验效率，并分析得出各结果之间的关联性，为瞬时内压测量领域提供很好的理论研究支持。

进一步的，本实施例还包括顺次设置在风力发生段1和测试段2之间的扩散段12、稳定段13和收缩段14，如图1；所述扩散段12内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段13内径相同；所述收缩段14内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段2内径相同。扩散段12可使风机采入的高速高压气流得以适当降压，稳定段13可保证进入测试段2的气流稳定，使风量风速稳定性更好，本整合得更加规律，收缩段14则可使作用于建筑模型的被整合得规律的试验风得以适当加压，提高作用于建筑模型的风力的集中性。

进一步的，本实施例中稳定段13内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒15，如图1，其可使风机带入的气流高速旋转，形成高速涡旋风，以模拟夹杂漩涡的更为复杂的风力情况，使试验模拟更贴近真实情况。

进一步的，本实施例中薄板61为塑胶板，以降低门窗单元6的整体重量，同时塑胶板不易被摔坏，可使门窗单元6整体结构保持完好，方便在重新接通控制电路7后重复使用，塑胶板质轻也不易被风吹动后砸向个风压传感器后将传感器损坏。

进一步的，本实施例中电源71为可充电电池，同样，也是用以支持门窗单元6的可循环利用，反复进行试验。

实施例二

如图10，进一步的，本实施例中相邻门窗单元6交接边处的电磁铁62形面为相互密封贴合的波纹型，该设计第一增大了相邻门窗单元6交接边处的接触面积(相对于实施例一中的直边型)，使得密封不透风的特性更加良好，其二是在某一门窗单元6电磁铁消磁后，能沿着波纹结构形成的凹槽滑出，因此波纹结构/凹槽还起到了门窗单元被推出时的导向作用。

实施例三

如图11，与实施例一的区别在于，本实施例还包括设置于建筑内层3周向四面的风速计矩阵，每一面的风速计矩阵由9个风速计34，分别在建筑内层一面的上、中、下，左、中、右，呈3X3的形式布置而成。风速计的使用首先是多了一个试验结果反馈，在测得瞬时内压变化的同时，还可同时分析风速的变化及分布情况。同时，该布置形式则涵盖了每一面的风速分配区间特征点，即高度方向或宽度方向上的“初始、中间、末端”的三大特征点，通过三大特征点的整合分析，也可大致获得风速的分布及变化规律。当然，为了对比风速相对于建筑内外层的变化情况，也可以在测试段入口处设置一些风速计。

实施例四

如图12，与实施例一的区别在于，本实施例还包括第一温度传感器16和第二温度传感器17；所述第一温度传感器16设置于测试段2入口处；所述第二温度传感器17设置于挡风壳体4内壁，该设计可对比试验风瞬时鼓入建筑结构前后对于温度变化情况的影响，从而多了一项输出结果，更加多元化的试验可实现的测量目的。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种建筑结构瞬时内压测量装置，包括风力发生段和放置建筑模型的测试段，所述风力发生段内设有风机；所述测试段入口设有导流板；所述导流板的叶片呈细长菱形状，其特征在于：

所述建筑模型包括建筑内层及套装于建筑内层外侧的挡风壳体；

所述挡风壳体面朝测试段入口处一侧开口，该开口由电控挡风板密封；所述电控挡风板包括金属外框以及呈矩阵状布置于金属外框内的门窗单元；所述门窗单元呈矩形，包括薄板和分别连接设置于薄板四边的四块电磁铁，每块薄板上下两侧的电磁铁极性相同，且与左右两侧的电磁铁的极性相反，相邻门窗单元交接边处电磁铁极性相反，每块薄板背离测试段入口一侧设有控制电路；所述控制电路包括串联为电回路的电源、远程无线开关以及电磁铁组；所述电磁铁组由薄板周向的四块电磁铁串联或并联组成；还包括远程操作面板；所述远程操作面板上设有与呈矩阵状布置的门窗单元一一对应的远程控制按钮，每一个远程控制按钮可独立控制一个远程无线开关的通断；

所述建筑内层面朝测试段入口一面均布设有若干第一风压传感器，背离测试段入口一面均布设有若干第二风压传感器，垂直测试段入口的两面均布设有若干第三风压传感器。

2.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：还包括设置于建筑内层周向四面的风速计矩阵，每一面的风速计矩阵由9个风速计，分别在建筑内层一面的上、中、下，左、中、右，呈3X3的形式布置而成。

3.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：还包括顺次设置在风力发生段和测试段之间的扩散段、稳定段和收缩段；所述扩散段内径沿进风方向逐渐扩大至与稳定段内径相同；所述收缩段内径沿进风方向逐渐缩小至与测试段内径相同。

4.根据权利要求3所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：所述稳定段内壁设有表面呈现螺旋凹凸状的来福线套筒。

5.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：相邻门窗单元交接边处的电磁铁形面为相互密封贴合的波纹型。

6.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：所述薄板为塑胶板。

7.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：所述电源为可充电电池。

8.根据权利要求1所述的建筑结构瞬时内压测量装置，其特征在于：还包括第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器设置于测试段入口处；所述第二温度传感器设置于挡风壳体内壁。

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