暴风雨环境下低矮建筑荷载作用的数值与试验研究

台风灾害是我国沿海地区低矮建筑的主要自然灾害。强风携带着暴雨共同袭击低矮建筑，往往是造成建筑围护结构破坏的主要原因。本项目采用数值模拟、现场试验和理论分析相结合的方法，研究暴风雨环境下低矮建筑迎风墙面和屋面的风雨协同荷载的变化规律。在对风驱动下单粒雨滴的运动轨迹、所产生的冲击力，以及风雨共同作用下房屋墙屋面的风荷载和雨荷载的分布与变化特性进行数值模拟和理论分析的基础上，选择一幢典型的沿海低矮建筑，以自制为主完成墙面风压、风雨合力的现场测试仪器、墙面雨量收集仪器的配置、连接和现场安装，并进行暴风雨天气下迎风墙面风压、风雨合力及雨量的现场测试。最后对数值模拟和现场测试结果进行分析归纳，提出不同降雨强度和不同风速风向条件下预测低矮建筑墙屋面风荷载和附加雨荷载的半经验公式或实用计算方法。项目预期成果的取得将为经常遭受暴风雨袭击的沿海低矮建筑的抗风设计和实践提供有力的技术依据和理论指导。

台风袭击期间，强风携带着暴雨共同作用于沿海地区的低矮建筑，往往是造成这些建筑围护直至主体结构损伤破坏的主要原因之一。本项目采用数值模拟、现场实测、风洞试验及理论分析相结合的方法，研究暴风雨环境下低矮建筑迎风墙面和屋面的风荷载以及风驱雨引起的附加雨荷载的变化规律。首先对风驱动下单粒雨滴的运动轨迹、所产生的冲击力进行理论分析和数值计算；再采用数值模拟方法研究风雨共同作用下沿海典型低矮建筑墙屋面的风荷载和雨荷载的分布规律与变化特性。在此基础上，在浙江台州沿海地区选择了一幢两层高的低矮房屋，利用适于现场实测的风雨压力传感器、数据采集仪等测试设备，于“海葵”台风登陆期间完成了暴风雨天气下房屋迎风墙面的风压力、风雨合压力等的现场测试。通过对数值模拟和现场测试结果进行分析归纳，提出了不同降雨强度和不同风速风向条件下估算低矮建筑迎风墙面附加雨荷载的实用方法。与此同时，还对沿海地区易遭风灾破坏的低矮轻钢工业厂房的风荷载进行了风洞试验研究，对其中的大跨刚架的风致极限承载力和抗风安全性进行了精细的非线性分析，获得了刚架在不利工况下的抗风安全系数和风致破坏形态；针对刚架抗风安全度偏低的问题，提出了一种简便实用的节点构造加强方案，可明显提高刚架的风致安全性，降低刚架对初始缺陷的敏感度。项目所取得的相关结论和成果可为经常遭受暴风雨袭击的沿海低矮建筑的抗风设计和实践提供技术依据和理论指导。