CN205530754U - 一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，减小旋涡诱导下矩形高层建筑表面的强风吸力，包括设置于所述矩形高层建筑角部的强风吸力控制组件，该强风吸力控制组件包括一对对称设置于矩形高层建筑两相邻外墙上的强风吸力控制单元，所述强风吸力控制单元包括鳍状板和刚性支撑，所述刚性支撑一端与鳍状板固定连接，另一端固定于所述矩形高层建筑的一外墙上。与现有技术相比，本实用新型通过设置鳍状板，用于削弱旋涡的作用范围和作用强度，进而减小旋涡作用区内的强风吸力，提高围护结构的抗风安全性，具有构造简单、效果显著、性能稳定、节约工程造价等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制矩形高层建筑围护结构强风吸力的措施，尤其是涉及一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，主要用于减小旋涡诱导下高层建筑围护结构表面的强风吸力。
背景技术
高层建筑指建筑高度大于27米的住宅和建筑高度大于24m的非单层厂房、仓库和其他民用建筑等。高层建筑由于高度较高，作用在其上的风速增大且风荷载增强。故对于高层建筑结构，风荷载已成为其主要控制荷载之一。多次灾害调查表明，高层建筑围护结构表面的强风吸力通常位于与来流平行的侧风面，在侧风面迎风边缘处风吸力尤其显著。这是因为来流从迎风边缘分离后再附形成旋涡，旋涡将在围护结构表面诱导产生强风吸力。当旋涡诱导下的强风吸力超过围护结构的设计承载力时，围护结构破坏。破坏的围护结构可能坠落砸伤行人；此外，强风从破坏处直接进入室内将造成室内人员的安全问题。
为了减小风荷载对于高层建筑造成的不利影响，需要构造一种有效控制围护结构强风吸力的措施，以提高高层建筑围护结构的抗风安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种构造简单、效果显著、性能稳定、节约工程造价的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，主要用于控制旋涡诱导下矩形高层建筑围护结构表面的强风吸力，以减小结构动力响应，提高结构抗风安全性。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，减小旋涡诱导下矩形高层建筑表面的强风吸力，包括设置于所述矩形高层建筑角部的强风吸力控制组件，该强风吸力控制组件包括一对对称设置于矩形高层建筑两相邻外墙上的强风吸力控制单元，所述强风吸力控制单元包括鳍状板和刚性支撑，所述刚性支撑一端与鳍状板固定连接，另一端固定于所述矩形高层建筑的一外墙上。
所述鳍状板为长条形薄板带状结构，其断面为流线型。
所述鳍状板所在平面与对应矩形高层建筑外墙所在平面夹角为θ，该θ的取值范围为10°～15°。
所述鳍状板与矩形高层建筑外墙之间的距离中，临近角部边线处距离大于远离角部边线处距离。
所述鳍状板沿矩形高层建筑角部边线布置。
所述强风吸力控制组件的设置高度为1/3H～H，其中，H为矩形高层建筑总高度。
所述刚性支撑设置有多个，多个刚性支撑沿鳍状板长度方向等间距或不等间距布置。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1)本实用新型在矩形高层建筑角部设置鳍状板，可促使鳍状板内侧的正向射流抵消侧风面的部分逆流，从而抑制旋涡的作用范围及强度，其诱导下的强风吸力也将大幅减小。
2)一般工程设计中，通常采用增大高层建筑分离区内的设计风荷载和结构设计强度来确保分离区围护结构的抗风安全性，这无疑将增加工程造价。相比而言，本实用新型设置的鳍状板仅通过引导来流运动的方式，使之部分偏离原先的流动轨道，即可削弱旋涡作用，减小风吸力。这种做法显著节约了工程造价，提高了此类建筑结构设计的经济效益和社会效益。由于鳍状板体积较小，且安装方便，可附加于既有建筑，亦可适用于新建建筑。
3)本实用新型可在矩形高层建筑中上部风荷载较大的围护结构角部布置，布置方式与数量较为灵活。本实用新型将在强风与极端天气条件下减小围护结构表面的强风吸力，提高高层建筑结构的抗风安全性。
4)本实用新型所设计的鳍状板临近角部边线处的距离略大于远离角部边线的距离，与高层建筑外墙之间存在一定夹角，通过该夹角，可破坏来流分离后在侧风面产生的旋涡，进而减小侧风面的风吸力，而角度10°～15°为最优倾角，即采用该倾角可达到最优效果。
5)风荷载作用下，来流将在高层建筑角部边线处分离再附并形成旋涡，旋涡进而在建筑侧面诱导产生较强的风吸力，本实用新型在建筑角部边线处布置鳍状板，可有效破坏旋涡的分离再附作用，进而减小建筑侧面的风吸力。
6)在大气边界层中，高层建筑所受到的风荷载自地面向上逐渐增大，在三分之二高度处达到最大值，故本实用新型在建筑中上部布置强风吸力控制组件(在高度1/3H～H范围内，沿高层建筑角部布置)，将对围护结构起到良好的保护作用，且避免不必要的建造投入。
附图说明
图1为本实用新型矩形高层建筑角部布置鳍状板立面图；
图2为图1中的A-A剖面图；
图3为角部鳍状板布置平面放大示意图；
图4为角部鳍状板及刚性支撑三维示意图。
图5为矩形高层建筑侧面流场示意图；
图6为设置鳍状板后矩形高层建筑侧面流场示意图；
图7为算例中采用的计算模型平面示意图；
图8为矩形高层建筑周围流体网格示意图；
图9为鳍状板附近流体网格示意图；
图10为设置鳍状板前矩形高层建筑周围流线分布示意图；
图11为设置鳍状板后矩形高层建筑周围流线分布示意图；
图12为设置鳍状板前后矩形高层建筑侧面风吸力对比曲线示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-4所示，本实施例提供一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，减小旋涡诱导下矩形高层建筑表面的强风吸力，包括设置于矩形高层建筑角部的强风吸力控制组件，则一幢矩形高层建筑设置有四个强风吸力控制组件。所述强风吸力控制组件包括一对对称设置于矩形高层建筑两相邻外墙上的强风吸力控制单元，强风吸力控制单元包括鳍状板1和刚性支撑2，刚性支撑2一端与鳍状板1固定连接(焊接或螺栓连接)，另一端固定(焊接或螺栓连接)于矩形高层建筑的一外墙3上。该控制装置通过设置鳍状板，用于削弱旋涡的作用范围及作用强度，进而减小旋涡作用区内的强风吸力，提高围护结构的抗风安全性。
如图1所示，强风吸力控制组件可沿高层建筑角部1/3H～H范围内布置，其中，H为矩形高层建筑总高度，可根据需要对鳍状板的布置范围进行适当调整。
鳍状板1沿矩形高层建筑角部边线布置，为长条形薄板带状结构，其断面为流线型，以减小来流在此处所产生的分离效应进而减小鳍状板本身所承受的荷载。鳍状板的横截面尺寸可以根据风荷载大小进行选取，并结合建筑立面效果要求进行设置。
鳍状板1所在平面与对应矩形高层建筑外墙3所在平面夹角为θ，该θ的取值范围为10°～15°。鳍状板1与矩形高层建筑外墙3之间的距离中，临近角部边线处距离大于远离角部边线处距离。
刚性支撑2可选用简易的三角桁架结构或者普通型钢等。刚性支撑2设置有多个，多个刚性支撑2沿鳍状板1长度方向等间距或不等间距布置，且刚性支撑2的数量应满足鳍状板1的安全与稳定要求。本实施例中，多个刚性支撑2以间距s等距布置。
当来流的运动遇到高层建筑阻挡时，来流通常在建筑角部的迎风边缘处分离，分离后的剪切层在侧风面再附着形成环流，如图5所示。当输入与输出该环流的流动能量达到平衡时，稳定的真空状态随即形成，这就是旋涡。旋涡将在围护结构表面形成巨大的抽吸效应，在此作用下，围护结构表面局部将出现强劲的破坏性吸力。为减小这种破坏性吸力，可通过削弱或破坏旋涡的作用入手。
本实施例在矩形高层建筑角部设置鳍状板，可促使鳍状板内侧的正向射流抵消侧风面的部分逆流，从而减小旋涡作用范围、作用强度以及旋涡诱导下的强风吸力，作用原理如图6所示。
如下算例以一栋矩形高层建筑为例，通过Computational Fluid Dynamics(CFD)技术对比设置鳍状板前后，建筑围护结构表面风吸力的变化，以说明本实用新型装置的有效性。
简化起见，该算例采用二维模型和稳态求解。模型的基本尺寸及计算区域图7所示(图中标注尺寸单位为米)。高层建筑的高度为180m、截面形状为边长20m的正方形，所取的横断面位于建筑高度2/3处(即120m)；计算区域为1520m×620m。入口风速设置为11m/s；除入口和出口外，其他边界均设置7层渐变的边界层4；图8和图9分别为建筑周围的流体网格及鳍状板附近的局部边界层4网格分布。本算例中，鳍状板与建筑侧墙夹角为10°。图10和图11分别给出了设置鳍状板前、后，建筑周围的流线分布；图12给出了设置鳍状板前后建筑侧面风吸力Cp沿侧墙宽度的分布曲线。可见，(1)在围护结构角部迎风边缘处设置鳍状板后，旋涡作用区域减小，作用强度减弱；(2)在围护结构角部迎风边缘处设置鳍状板后，围护结构角部旋涡作用区内的风吸力显著减小。所以，本实用新型可有效控制矩形高层建筑侧风面的旋涡作用范围及作用强度，进而减小旋涡诱导下的强风吸力。
Claims (7)
1.一种矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，减小旋涡诱导下矩形高层建筑表面的强风吸力，其特征在于，包括设置于所述矩形高层建筑角部的强风吸力控制组件，该强风吸力控制组件包括一对对称设置于矩形高层建筑两相邻外墙上的强风吸力控制单元，所述强风吸力控制单元包括鳍状板和刚性支撑，所述刚性支撑一端与鳍状板固定连接，另一端固定于所述矩形高层建筑的一外墙上。
2.根据权利要求1所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述鳍状板为长条形薄板带状结构，其断面为流线型。
3.根据权利要求1所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述鳍状板所在平面与对应矩形高层建筑外墙所在平面夹角为θ，该θ的取值范围为10°～15°。
4.根据权利要求1或3所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述鳍状板与矩形高层建筑外墙之间的距离中，临近角部边线处距离大于远离角部边线处距离。
5.根据权利要求1或2所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述鳍状板沿矩形高层建筑角部边线布置。
6.根据权利要求1所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述强风吸力控制组件的设置高度为1/3H～H，其中，H为矩形高层建筑总高度。
7.根据权利要求1所述的矩形高层建筑围护结构表面强风吸力控制装置，其特征在于，所述刚性支撑设置有多个，多个刚性支撑沿鳍状板长度方向等间距或不等间距布置。
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| CN109252696A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-22 | 傲浒建设集团有限公司 | 一种房建工程使用的临时住房 |
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