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一、引言  

遮陽(yáng)系統(tǒng)作為建筑外圍護(hù)結(jié)[1]構(gòu)賦予現(xiàn)代建筑的最大特點(diǎn)是將建筑美學(xué)、建筑功能和建筑結(jié)構(gòu)等因素有機(jī)地結(jié)合起來，使建筑物展現(xiàn)出時(shí)代的美感。目前我國(guó)建筑物以玻璃作為飾面材料的圍護(hù)結(jié)構(gòu)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，從建筑熱工及節(jié)能減排角度來看，玻璃是建筑物熱交換、熱傳導(dǎo)最為活躍和敏感的部位。隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)對(duì)建筑的節(jié)能和環(huán)保提出了更高的要求，由此建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)也得到了更為廣泛的應(yīng)用，它即有助于降低建筑的能耗，又能改善建筑的舒適性。同時(shí)，復(fù)雜造型，特殊構(gòu)造的遮陽(yáng)系統(tǒng)的安全性如何驗(yàn)證也成為大家關(guān)注的問題，本文將結(jié)合實(shí)例，探討了一種特殊造型的屋面[2]遮陽(yáng)板可靠性的驗(yàn)證方法。  

二、動(dòng)態(tài)風(fēng)壓驗(yàn)證方法及設(shè)備  

1氣流特性  

空氣是一種流體，它在流動(dòng)時(shí)，遵守伯努利原理，既其勢(shì)能和動(dòng)能會(huì)互相轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能保持不變。勢(shì)能包括位置勢(shì)能和壓力勢(shì)能，當(dāng)空氣在水平方向上流動(dòng)時(shí)就只有壓力勢(shì)能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化，流速越大意味著動(dòng)能越大，壓能就越小，理想情況下才可維特總能量不變。  

通常來說，靜壓是壓能，是勢(shì)能的一種。它是空氣垂直作用于物體單位表面積上的壓力，用壓強(qiáng)表示，在靜止的氣流中其大小為空氣的大氣壓。動(dòng)壓是單位體積空氣包含的動(dòng)能，由于流速產(chǎn)生的附加壓力。氣流具有如下的特性：  

1.1可逆性原理  

物體在靜止的空氣中運(yùn)動(dòng)或氣流流過靜止的物體，如果兩者相對(duì)速度相等，物體上所受的空氣動(dòng)力完全相等。  

一般在研究、分析和實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用氣流流過物體的方法較為直觀和簡(jiǎn)單。根據(jù)此原理只要相對(duì)速度相等，它的結(jié)果與物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的空氣動(dòng)力就一樣。  

1.2連續(xù)性定理  

這是描述流速與氣流截面關(guān)系的定理。氣流穩(wěn)定地流過直徑變化的管子時(shí)，每秒流入多少空氣，也流出等量的空氣。所以管徑粗處的氣流速度較小，而管徑細(xì)處較大。  

1.3伯努利定理  

是能量不滅定理在空氣動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用，它描述空氣動(dòng)壓、靜壓和總壓之間的關(guān)系。  

2驗(yàn)證方法  

由于建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)的造型比較特殊，構(gòu)造比較復(fù)雜，所處位置相對(duì)多變，利用傳統(tǒng)的靜壓箱很難實(shí)  

現(xiàn)對(duì)復(fù)雜遮陽(yáng)系統(tǒng)的安全性驗(yàn)證。為此，借鑒幕墻風(fēng)洞及動(dòng)態(tài)風(fēng)雨的實(shí)驗(yàn)原理，利用大功率電動(dòng)機(jī)做為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)飛機(jī)螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，形成具有一定速度的穩(wěn)定氣流，氣流作用在樣件上達(dá)到施加風(fēng)壓的效果，，同時(shí)，樣件完全按照工程的實(shí)際情況進(jìn)行安裝，從而最大限度的模擬樣件在工程實(shí)際情況下所受風(fēng)荷載，達(dá)到驗(yàn)證遮陽(yáng)系統(tǒng)可靠性的目的。  

根據(jù)伯努利方程可以推算出理想狀態(tài)下(氣壓為1013hPa，溫度為15℃，空氣重度r=0.01225(kN/m3)，重力加速度g=9.8(m/s2))風(fēng)速和風(fēng)壓的關(guān)系，同時(shí)可以參照風(fēng)級(jí)與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，詳見表1。這樣便可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的數(shù)據(jù)，在驗(yàn)證時(shí)調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速，使之能夠產(chǎn)生相應(yīng)風(fēng)級(jí)的風(fēng)速作用到樣件表面，達(dá)到真實(shí)模擬實(shí)際情況的驗(yàn)證效果。  

1)根據(jù)伯努利方程，風(fēng)的動(dòng)壓為：  

wp=0.5·ρ·v2(1-1)  

式中：wp____風(fēng)壓(kN/m2)  

ρ____空氣密度(kg/m3)  

v____風(fēng)速(m/s)  

2)根據(jù)空氣密度和重度的關(guān)系，動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為：  

wp=0.5·r·v2/g(1-2)  

式中：r=ρ·g  

3)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)風(fēng)的動(dòng)壓為：  

wp=v2/1600(1-3)  

3主要設(shè)備  

1)動(dòng)力設(shè)備：由螺旋槳、大功率電動(dòng)機(jī)、支架、聯(lián)軸器、防護(hù)罩、變頻控制器等幾部分組成，可提供最大55m/s的穩(wěn)定風(fēng)速，詳見圖1。  

2)安裝架：由底座、安裝架、支撐桿等組成，可根據(jù)工程的實(shí)際情況調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)安裝角度，詳見圖2。  

3)測(cè)量?jī)x器：包括位移傳感器、風(fēng)速傳感器等、氣壓計(jì)等。  

表1風(fēng)級(jí)、風(fēng)速、風(fēng)壓對(duì)照表  

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證  

1驗(yàn)證條件  

1.1螺旋槳的半徑、穩(wěn)定氣流距槳葉中心距離等應(yīng)滿足驗(yàn)證要求，樣件應(yīng)處于風(fēng)壓有效作用區(qū)內(nèi)。  

1.2安裝架的剛度要滿足驗(yàn)證要求，安裝角度可調(diào)節(jié)。  

1.3位移計(jì)的安裝應(yīng)牢固，風(fēng)速計(jì)的量程應(yīng)符合驗(yàn)證要求。  

1.4樣件的材料、規(guī)格、安裝工藝、安裝方法與工程應(yīng)保持一致。  

1.5應(yīng)在開闊區(qū)域內(nèi)展開驗(yàn)證，以便形成穩(wěn)定氣流，避免氣流擾動(dòng)對(duì)驗(yàn)證結(jié)果造成不良影響。  

2驗(yàn)證流程  

根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行安裝(詳見圖3、4)，本次驗(yàn)證分別選取了樣件與水平面的夾角為0°、30°、60°、90°四個(gè)角度，同時(shí)每個(gè)安裝角度分別施加不同角度的動(dòng)態(tài)風(fēng)壓，基本涵蓋了遮陽(yáng)板系統(tǒng)的典型實(shí)際工況。對(duì)每個(gè)工況施加符合設(shè)計(jì)要求的動(dòng)態(tài)風(fēng)壓，并保持相應(yīng)的作用時(shí)間，觀察各重要連接部位的變化、記錄樣件在驗(yàn)證過程中的情況。  

3驗(yàn)證結(jié)果  

所有連接螺栓無松動(dòng)，連接可靠;各構(gòu)件完好，未發(fā)生損毀、未發(fā)生永久變形。支撐桿出現(xiàn)小幅擺動(dòng)，局部面板在連接處出現(xiàn)小幅高頻震動(dòng)。為確保工程上萬無一失，針對(duì)出現(xiàn)擺動(dòng)和震動(dòng)的部位進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了再次驗(yàn)證，之前出現(xiàn)的問題得到了明顯的改善。  

4驗(yàn)證結(jié)論  

將驗(yàn)證數(shù)據(jù)結(jié)合典型工況有限元分析，可得出遮陽(yáng)板承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。詳見圖5、圖6及表2。  

表2比較結(jié)果  

四、結(jié)論  

通過此次對(duì)實(shí)際工程的抗動(dòng)態(tài)風(fēng)壓性能的驗(yàn)證，為工程的可靠性提供了關(guān)鍵性的參考。同時(shí)也證明  

該方法對(duì)于驗(yàn)證復(fù)雜造型，特殊構(gòu)造的遮陽(yáng)板系統(tǒng)的安全性和可靠性具有一定的實(shí)用性。  

參考文獻(xiàn)：  

[1]GB/T21086-2007《建筑幕墻》  

[2]JGJ255-2012《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》  

作者：韓智勇  姜仁  劉家良  郝志華