如图16所示,装置包括:1、风力模拟设备,2、天气模拟仓,3、采集区,4、气动力测量区,5、锥形入口测量装置,6、进气方向,7、阻力网,8、机械通风装置,9、风扇,10、气流矫直装置,11、挡水板,12、排气方向,13、通风机,14、测试件,15、室外空气接触面,16、风速测量装置位置,17、排水口。
(2) 走道格栅单元静载试验设计
该试验需要准备的设备及使用注意事项如下:
通过对水平铺置的铝合金格板施加重力荷载,用以模拟静态风荷载与施工荷载。试验参考自行业标准《钢格板及配套件第1部分:钢格栅板》YB/T 4000.1-2007,采用采用弯曲(词条“弯曲”由行业大百科提供)试验法,对铝合金格板的荷载能力进行测试。
试验设备采用液压万能材料试验机(见图17),试样尺寸根据工程项目需要制定。
荷载试验方法:
将试样平放在试验机横梁(词条“横梁”由行业大百科提供)上的两个支辊上。加荷载前必须确定支辊及压头与每根承载格栅零件都有良好接触,用百分表测量试样的弯曲挠度。记录测力计读数并用自动记录仪描绘荷载挠度曲线。
2.4研究小结
国标《建筑室外用格栅荷载通用技术要求》报批稿中已有明确规定:采用静力模拟荷载
方式进行检测,测量施加荷载后的变形,观察试验后试样是否发生损坏和功能障碍来判定其抗风性能。对于常规项目(200米以下,具有规则体型及构造的建筑)而言,《建筑室外用格栅荷载通用技术要求》报批稿中的条文已能满足其性能检测需要。
3 对建筑室外用格栅设计、荷载确定及结构分析的实施建议
对于高层或超高层建筑物而言,在极端的气候环境下,复杂幕墙构造往往会容易危及到其外围护结构(词条“围护结构”由行业大百科提供)的安全。在这一情况下,应根据在新版的《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2012中的规定,采用工程风洞试确定其风荷载体型系数及设计风压。如无风洞试验(词条“风洞试验”由行业大百科提供)条件,可建立利用专业仿真软件建立计算流体力学(Computational FluidDynamics,简称CFD)分析模型,从而确定其结构计算荷载的取值。
3.1格栅产品的流体分析计算(CFD)
为与格栅产品协同设计,本文采用SolidWorks Flow Simulation流体仿真分析工具进行管网格栅的验算。模型建立情况如图18所示:
其计算参数情况设置如下:
分析类型:网管格栅单元内部流场;
项目流体:默认流体为空气(气体),流动类型仅选择湍流;
初始条件:场内初始压力为一个标准大气压即101325pa,温度20.5;
计算域各壁面边界条件:如表2所示。
计算结果如下列图表所示:
(1)格栅单元内部风压平均值:
计算流场内静压平均值为103104Pa,动压平均值为1797Pa,总压平均值为10916Pa。
(3)格栅单元钢管所受的合力及最大值:
1)、单元内所有钢管所受合力:
2)、单根格栅钢管所受最大合力:
由计算结果可知,格栅单元内12根钢管所受合力为5932.5N,单根格栅钢管所受最大合力为708.5N,单根钢管所受荷载大于此前采用规范计算的470N。
(4)计算结果分析:
由计算结果可得,在湍流作用下,其管网格栅单元体内部的风速有一定放大,并影响格栅钢管及背部玻璃幕墙表面的受力。管网格栅的CFD分析所得其计算区域内动压平均值达到,小于前文按规范所得的的取值。这证明低于200米高度的常规建筑物,采用规范取值进行计算偏于保守。在单个构件局部受力计算上,采用CFD计算分析所得的荷载值则较为可信。
3.2基于流体分析计算(CFD)的建筑室外格栅产品风荷载取值方法。
本文通过对H项目外幕墙格栅项目的方案设计和分析,提出了根据流体分析计算(CFD)的室外用建筑格栅风荷载取值方法,其计算分析方法流程归结如图26。
4 结语
目前许多具有复杂外形的建筑室外格栅,都亟需合适的技术方法,对其进行更切合工程实际情况的设计及试验检测。本文在对广州H项目幕墙工程中格栅的投标设计技术研究的基础上,采用流体分析计算(CFD)的方法,并结合目前相关技术规范的要求,对其工程设计的风荷载取值进行了对比分析和研究。同时,我们参照国内外相关规范设计了针对管网格栅的动态风荷载试验和走道格栅的静载试验。在对格栅设计技术,以及相应的试验检测,仿真分析方面进行了系统化的研究之后,总结并提出了基于CFD的建筑室外格栅产品风荷载取值方法流程,也希望能对今后类似格栅项目设计提供借鉴和参考。
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