怎樣評價風(fēng)洞試驗報告

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JG102-2003規(guī)定：“玻璃幕墻的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按風(fēng)洞試驗結(jié)果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風(fēng)荷載環(huán)境復(fù)雜時，宜進(jìn)行風(fēng)洞試驗確定風(fēng)荷載�！�
    有的論文提出：“風(fēng)洞試驗值比規(guī)范更精確”。“ 風(fēng)洞試驗之所以精確，因為它真正模擬表現(xiàn)出了風(fēng)對于不同建筑物的影響”。上�！痢痢林行摹坝蓢�際著名風(fēng)工程專家×××主持×××邊界層風(fēng)洞試驗室完成的風(fēng)洞實(shí)驗。其實(shí)驗數(shù)據(jù)翔實(shí)，方法可靠，結(jié)論合理�！边@些論點(diǎn)值得商榷。
    我們要認(rèn)識到，風(fēng)洞不能自動創(chuàng)造某建筑物所在地點(diǎn)的風(fēng)環(huán)境，并得出建筑物表面各處風(fēng)荷載。建筑物所在地區(qū)的風(fēng)速是通過風(fēng)速儀等儀器長期觀測紀(jì)錄、并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計分析得出的；對風(fēng)剖面還要用高桅塔或高空氣球來測得不同高度風(fēng)速后進(jìn)行數(shù)理分析、回歸成公式來表述。因此不是風(fēng)洞創(chuàng)造預(yù)定的風(fēng)環(huán)境，而是人根據(jù)長期觀測資料的分析結(jié)果確定風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù)，風(fēng)洞試驗時在風(fēng)洞中摸擬大風(fēng)邊界層流場，風(fēng)洞中摸擬的風(fēng)環(huán)境與再現(xiàn)的預(yù)計風(fēng)環(huán)境近似程度完全取決于人對風(fēng)環(huán)境有關(guān)參數(shù)的理解和運(yùn)用。如果風(fēng)環(huán)境參數(shù)選擇不當(dāng)，則模擬的風(fēng)環(huán)境與預(yù)定情況大相徑庭。同時還要指出風(fēng)洞試驗的結(jié)果主要是體型系數(shù)—來流風(fēng)壓與建筑表面實(shí)際（壓）吸力的比值，也有的風(fēng)洞試驗可在風(fēng)洞中的各高度調(diào)整風(fēng)速來測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積)，各處的風(fēng)荷載是將測點(diǎn)的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算出來的風(fēng)壓，即風(fēng)荷載是計算值，而不是直接從風(fēng)洞試驗中得到，在計算中采用的風(fēng)環(huán)境計算參數(shù)取值直接影響風(fēng)荷載計算結(jié)果。
    上�！痢痢林行娘L(fēng)洞試驗報告中“×××對上海風(fēng)環(huán)境進(jìn)行研究后，在其風(fēng)洞試驗報告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa。這與按規(guī)范GB50009中上海地區(qū)50年回歸期基本風(fēng)壓0.55 KPa，并經(jīng)風(fēng)壓風(fēng)速轉(zhuǎn)換后利用規(guī)范公式7.6.2-2推導(dǎo)的結(jié)果比較，×××的梯度風(fēng)風(fēng)壓結(jié)論介于地粗面糙度A類B類之間，而不是通常認(rèn)為的陸家嘴地區(qū)為地粗面糙度C類�！鄙虾５貐^(qū)基本風(fēng)壓0.55 KPa是根據(jù)上海氣象臺歷年（50年以上）來的最大風(fēng)速記錄，經(jīng)統(tǒng)計分析確定的（規(guī)范對梯度風(fēng)高度分別規(guī)定為hTa=300m、hTb=350m、hTc=400m、hTd=450m）。上述風(fēng)洞試驗報告所選用的梯度風(fēng)風(fēng)壓為1.5KPa，沒有說明梯度風(fēng)高度取多高，梯度風(fēng)風(fēng)速用什么方法（儀器），經(jīng)過多少（幾十）年、取得多少（幾十、幾百、幾千、幾萬-----）個樣本，用什么方法得出的。怎樣得出比規(guī)范更精確的結(jié)論的。
    在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度而增大。在大量觀測資料積累的基礎(chǔ)上，基于相似理論得出的近地層的風(fēng)速廓線(剖面) 近似符合指數(shù)規(guī)律，盡管這種方法具有思路清析、概念明確、易于操作的特點(diǎn)，但從對若干個有100m以上的超高層建筑地區(qū)不同高度最大風(fēng)速記錄統(tǒng)計分析，100m以上風(fēng)速廓線(剖面)并不符合指數(shù)規(guī)律，而是呈拋物線或多項式曲線分布。風(fēng)洞試驗時一種方法是取全斷面同一流場速度（流場速度的不均勻性小于2%），試驗的結(jié)果主要是體型系數(shù)（來流風(fēng)壓與建筑表面實(shí)際（壓）吸力的比值），用此體型系數(shù)乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)和用風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算的風(fēng)壓的結(jié)果即為設(shè)計風(fēng)荷載（陣風(fēng)還考慮陣風(fēng)系數(shù)）。另一種方法是風(fēng)洞試驗時，在風(fēng)洞中試驗區(qū)前設(shè)擋板、百頁、擱柵、濾網(wǎng)等使試驗區(qū)風(fēng)洞剖面上、下各點(diǎn)風(fēng)速不同，并使風(fēng)洞風(fēng)剖面符合規(guī)定的指數(shù)規(guī)律，試驗的結(jié)果測得不同高度的壓力系數(shù)(即體型系數(shù)與風(fēng)壓高度變化系數(shù)近似乘積)，測點(diǎn)的壓力系數(shù)乘以風(fēng)洞對應(yīng)點(diǎn)風(fēng)速換算成實(shí)際風(fēng)環(huán)境中風(fēng)速計算出來的風(fēng)壓，得出風(fēng)荷載值，但是風(fēng)剖面取不同指數(shù)值，會得出不同結(jié)果。例如上海中銀（浦東國際金融）大廈風(fēng)洞試驗，同濟(jì)大學(xué)取α=0.16（基準(zhǔn)點(diǎn)取為350 m、基準(zhǔn)點(diǎn)風(fēng)壓3.8 KPa），得230m處風(fēng)荷載為7KPa，上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18（基準(zhǔn)點(diǎn)取為230 m、基準(zhǔn)點(diǎn)風(fēng)壓1.65KPa），得230m處風(fēng)荷載為7.49KPa，如果將上海建筑科學(xué)研究院取α=0.18用算換公式C=（230/10）0.16×（230/10）0.18=0.939，7.49×0.939=7.03≈7.00KPa。上�！痢痢林行摹�風(fēng)洞試驗報告’報告的“風(fēng)洞試驗值與按規(guī)范公式計算結(jié)果不同，按規(guī)范公式計算風(fēng)壓隨樓層高度而升高，在400米處，即規(guī)范的（C類）梯度風(fēng)高度趨于平穩(wěn)。但風(fēng)洞試驗顯示風(fēng)壓在260米處達(dá)到最大，然后開始隨高度上升平穩(wěn)下降”（也有部分風(fēng)洞試驗報告有類似報告）。不過上述‘風(fēng)洞試驗報告’未說明風(fēng)洞試驗區(qū)風(fēng)洞風(fēng)剖面指數(shù)α取值（按C類還是介于地粗面糙度A類B類之間）。風(fēng)洞試驗值與按規(guī)范公式計算結(jié)果不同，形成這種差異的原因還不能確定，是來流風(fēng)速對高層建筑的效應(yīng)就是這樣，還是風(fēng)洞中風(fēng)環(huán)境（有風(fēng)洞壁約束）與自然界風(fēng)環(huán)境（自由流通）的差異形成的，誰更精確要用實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)來評價，即在進(jìn)行過風(fēng)洞試驗的建筑上每隔一定高度，同時設(shè)風(fēng)速儀和風(fēng)壓板，測出某一高度大氣流場風(fēng)速和同一高度建筑上風(fēng)壓值，積累觀測資料得出更精確的結(jié)論。 
風(fēng)壓是速度壓，風(fēng)速只是代表在自由氣流中某點(diǎn)的風(fēng)速，房屋建筑設(shè)計時不能直接以該風(fēng)速作為結(jié)構(gòu)荷載，因為房屋本身并不是理想地使原來的自由風(fēng)流停滯，而是讓氣流以不同方式在房屋表面繞過，因此房屋對氣流形成某種干擾，要完全從理論上確定氣流影響的物體表面的壓力，目前還是做不到。一般都是通過試驗的方法確定風(fēng)作用在建筑物表面所引起的壓力(吸力)與來流風(fēng)壓的比值，即風(fēng)荷載體型系數(shù)，它表示建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律，主要與建筑物的體型與尺度有關(guān)(荷載規(guī)范共列出38種基本體型)，一些高層建筑采用一些特殊的體型（非基本體型），且不同高度采用不同的截面形狀，沿高度變化的截面風(fēng)壓分布復(fù)雜多變，例如正負(fù)風(fēng)壓系數(shù)都出現(xiàn)在雙園弧面尖角拐角，雙園弧面與過渡段交接處的尖角上有極強(qiáng)的壓力脈動等，這些分布規(guī)律在荷載規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)表中是查不到的，需要通過風(fēng)洞試驗來驗證和確定。　
    風(fēng)洞試驗用模型為實(shí)際尺寸的1/200~1/400，如1/400模型上最外一測點(diǎn)距邊5mm，它反映的是建筑上距邊2m處的風(fēng)壓值，風(fēng)壓值在邊角部變化很快，測點(diǎn)微小的變化即會引起較大的偏差，就是說風(fēng)洞模型在邊角部的讀數(shù)有可能與實(shí)際值存在偏差，因此，對于邊角部風(fēng)壓值要在風(fēng)洞試驗值的基礎(chǔ)上考慮適當(dāng)調(diào)整�！督ㄖ�結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009指出：“對封閉式建筑物，考慮到建筑物內(nèi)實(shí)際存在的個別孔口和縫隙，以及機(jī)械通風(fēng)等因素，室內(nèi)可能存?zhèn)�在正負(fù)不同的氣壓”�！膀炈銍�護(hù)構(gòu)件及其連接的強(qiáng)度時，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)----二、內(nèi)表面   對封閉式建筑物，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。”而風(fēng)洞試驗只反映外表面的正負(fù)風(fēng)壓，因此設(shè)計時要在風(fēng)洞試驗值的基礎(chǔ)上考慮內(nèi)表面局部風(fēng)壓體型系數(shù)。
《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009指出：“當(dāng)多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨(dú)建筑物的體型系數(shù)μs乘以相互干擾征增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風(fēng)洞試驗得出�！碑�(dāng)周圍有較多高層建筑時，這一群體對風(fēng)產(chǎn)生特定的群體干擾因而形成了特定的風(fēng)環(huán)境，對所設(shè)計的高層建筑也會產(chǎn)生影響，受到群體干擾影響時，對稱的截面形狀會出現(xiàn)并不對稱的風(fēng)壓分布，特別是上游和下游建筑物對氣流產(chǎn)生的干擾造成群體干擾影響下的氣流特性與單體有很大差別，其風(fēng)壓分布復(fù)雜多變，而我國現(xiàn)行規(guī)范未考慮群體干擾的影響因素，這些分布規(guī)律在荷載規(guī)范風(fēng)荷載體型系數(shù)表中是查不到的，需要通過風(fēng)洞試驗來驗證和確定。必須指出風(fēng)洞試驗時，群體干擾效應(yīng)必須采用最不利組合，例如上海中銀（浦東國際金融）大廈風(fēng)洞試驗時，進(jìn)行了有或無交銀大廈的對比試驗，無交銀大廈時北面鄰緊交銀大廈大面上風(fēng)壓有所增大，有交銀大廈時，由于交銀大廈的存在，+143米近邊緣處局部風(fēng)壓系數(shù)增大近4倍。因此，風(fēng)洞試驗時，不僅要考慮現(xiàn)有建筑布局，而且要考慮將來建筑布局變化后的不利影響，取最不利組合。