基于試驗(yàn)的大型單立柱廣告牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載研究?

申琪 汪大海 羅烈 沈之容

(1.中國(guó)輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司 武漢430060；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 430070；3.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海200092)

引言

大型戶外廣告牌是一種重要的廣告載體，在我國(guó)城市化進(jìn)程中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，被廣泛建造于城市市區(qū)、高架以及高速公路旁。有關(guān)廣告牌城市風(fēng)災(zāi)害調(diào)查表明，戶外廣告牌在強(qiáng)風(fēng)下的破壞往往具有發(fā)生突然、破壞力大、破壞范圍廣、社會(huì)影響大、引發(fā)的次生災(zāi)害嚴(yán)重等特點(diǎn)，已成為城市典型的風(fēng)災(zāi)易損性結(jié)構(gòu)[1，2]。單立柱廣告牌結(jié)構(gòu)的破壞模式分為以下三種:面板連接處的撕裂破壞；面板支撐結(jié)構(gòu)的承載力破壞；支撐立柱的整體倒塌破壞[3]，如圖1所示。

圖1 單立柱廣告牌的三種風(fēng)毀破壞模式Fig.1 Three typical failure modes of single-column billboard

國(guó)內(nèi)外規(guī)范均只給出了單面板廣告牌結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)于單立柱雙面和三面廣告牌這種特殊的氣動(dòng)開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)不能照搬使用[4-6]。因此，亟需展開(kāi)大型單立柱多面板廣告牌結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法研究。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此也展開(kāi)了相關(guān)研究。Letchford等[7，8]通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)得出不同高寬比、間隙率和遮擋等的單板廣告牌的阻力和表面法向風(fēng)壓系數(shù)，并被多個(gè)國(guó)家規(guī)范的抗風(fēng)設(shè)計(jì)所采納[6，9]。Paulotto等[10]對(duì)框架式廣告牌開(kāi)展了剛性模型測(cè)壓試驗(yàn)，考察了不同來(lái)流風(fēng)向下面板風(fēng)壓的分布規(guī)律，并研究了不同凈空率和長(zhǎng)寬比廣告牌結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)。Smith等[11]針對(duì)雙面板實(shí)體箱型廣告牌，開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)，分析了不同間隙率和高寬比廣告牌的整體阻力系數(shù)與扭矩系數(shù)。顧明等[12]以雙面和三面板單立柱廣告牌結(jié)構(gòu)為對(duì)象，開(kāi)展了剛性面板同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)，并分析了面板內(nèi)外兩側(cè)表面平均和脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)隨風(fēng)向角的變化規(guī)律。汪大海等[13-16]開(kāi)展了大型雙面和三面廣告牌面板風(fēng)荷載特性及風(fēng)振響應(yīng)的試驗(yàn)研究，并深入討論了局部風(fēng)壓的非高斯特性。針對(duì)大型單立柱廣告牌這類(lèi)特殊的氣動(dòng)開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，尚缺乏針對(duì)面板連接、面板支撐體系以及支撐立柱的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載研究。

本文基于剛性測(cè)壓和氣彈測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)，針對(duì)單立柱廣告牌的三種典型破壞模式，分別對(duì)雙面和三面廣告牌結(jié)構(gòu)面板局部風(fēng)壓體型系數(shù)、風(fēng)力體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行研究，并與現(xiàn)有規(guī)范風(fēng)荷載參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 單立柱廣告牌風(fēng)荷載體型系數(shù)

1.1 剛性模型面板同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)

單立柱廣告牌這種特殊的高聳結(jié)構(gòu)，可采用剛性模型面板同步測(cè)壓試驗(yàn)研究風(fēng)荷載體型系數(shù)。試驗(yàn)原型采用國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《戶外鋼結(jié)構(gòu)獨(dú)立柱廣告牌》(07SG526)中具有代表性的雙面和三面廣告牌，型號(hào)分別為:G2-5×14和G3-6×18。剛性模型縮尺比定為1∶20，模型幾何參數(shù)如圖2所示?？紤]到風(fēng)壓分布在氣流分離處的變化，面板測(cè)點(diǎn)布置采取邊密中疏、對(duì)稱(chēng)滿布的方式。

圖2 廣告牌模型平、立面示意Fig.2 Elevation and top view of billboard model

本次測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)是在同濟(jì)大學(xué)的TJ-3號(hào)風(fēng)洞中進(jìn)行，試驗(yàn)風(fēng)速為10m/s，平均風(fēng)和湍流度剖面見(jiàn)圖3a，圖中縱坐標(biāo)表示距離地面高度z處，橫坐標(biāo)U(z)/Uh表示高度z處風(fēng)速U(z)與參考高度風(fēng)速Uh的比值，Iu(%)表示縱向湍流度。雙面及三面廣告牌模型見(jiàn)圖3b和圖3c。廣告牌模型風(fēng)向角和力的坐標(biāo)系定義如圖2所示?？紤]結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，雙面廣告牌測(cè)壓試驗(yàn)風(fēng)向角范圍為-90°～90°，間隔15°，共13個(gè)風(fēng)向角工況；三面廣告牌測(cè)壓試驗(yàn)風(fēng)向角范圍為0°～60°，間隔15°，共5個(gè)風(fēng)向角工況。

1.2 面板局部風(fēng)壓體型系數(shù)

廣告牌面板各測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)表達(dá)式為[14]:

式中:i為測(cè)點(diǎn)編號(hào)；j為廣告牌面板的編號(hào)；α為風(fēng)向角；Pmean，ji(α)表示面板j上的測(cè)點(diǎn)i在α風(fēng)向角下的凈風(fēng)壓均值；ρ為空氣密度；Uref表示參考高度處的平均風(fēng)速，試驗(yàn)中參考高度為面板頂部100cm。風(fēng)壓以指向結(jié)構(gòu)面板中心為正，遠(yuǎn)離中心為負(fù)。

考慮到對(duì)稱(chēng)性，在工程設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有必要區(qū)分迎風(fēng)面板和背風(fēng)面板，所以對(duì)全部風(fēng)向角下各面板的平均風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到面板平均風(fēng)壓系數(shù)包絡(luò)圖，如圖4和圖5所示。

通過(guò)圖4a、b和圖5a、b中的風(fēng)壓系數(shù)包絡(luò)圖可以看出，不管是雙面還是三面廣告牌，最大平均正壓和負(fù)壓系數(shù)均在面板四角和邊緣區(qū)域。面板在強(qiáng)風(fēng)下的撕裂破壞，大多與面板局部風(fēng)壓體型系數(shù)取值不合理有關(guān)，尤其是負(fù)風(fēng)壓。而國(guó)內(nèi)外規(guī)范[4-6]均未給出廣告牌面板連接抗風(fēng)設(shè)計(jì)的局部風(fēng)壓體型系數(shù)。因此，在廣告牌面板抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證面板結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠性，四角和邊緣區(qū)域應(yīng)該采用較大的局部體型系數(shù)。雙面及三面廣告牌面板風(fēng)壓設(shè)計(jì)參數(shù)分區(qū)如圖4c、d和圖5c、d所示。

圖3 試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)及廣告牌剛性測(cè)壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.3 Wind field of test and pressure test of rigid model

圖4 雙面廣告牌風(fēng)壓系數(shù)包絡(luò)及局部體型系數(shù)Fig.4 Wind pressure coefficient envelope and local shape coefficient of two-plate billboard

圖5 三面廣告牌面板風(fēng)壓系數(shù)包絡(luò)及局部體型系數(shù)Fig.5 Wind pressure coefficient envelope and local shape coefficient of three-plate billboard

1.3 面板的體型系數(shù)

廣告牌面板的整體風(fēng)壓體型系數(shù)的取值不合理往往會(huì)導(dǎo)致面板支撐結(jié)構(gòu)的破壞。通過(guò)對(duì)廣告牌每個(gè)面板上每列測(cè)壓孔的凈平均風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算，可以得到各個(gè)面板沿面板長(zhǎng)度方向的平均風(fēng)壓系數(shù)，也即體型系數(shù)分布。圖6和圖7給出了垂直面板方向和扭轉(zhuǎn)方向的整體風(fēng)力較大的典型工況下的體型系數(shù)分布。

目前，中國(guó)規(guī)范和美國(guó)規(guī)范都僅給出了單面板結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓體型系數(shù)。我國(guó)相關(guān)規(guī)范及規(guī)程[4，5]只給出了垂直風(fēng)向下單面板廣告牌μs=1.3的單一體型系數(shù)，且取值略小于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果。需要說(shuō)明的是，與封閉的實(shí)體建筑不同，廣告牌這類(lèi)開(kāi)敞的板式結(jié)構(gòu)，在0°風(fēng)向角下，背風(fēng)面板受到壓力而不是吸力。這與前后板面的大小及間距有關(guān)。一些高層建筑風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)也表明，在正面來(lái)風(fēng)工況下，屋頂平臺(tái)的背風(fēng)處圍護(hù)墻面的風(fēng)壓有可能會(huì)為正值。雙面板廣告牌在60°風(fēng)向角下背風(fēng)面板的體型系數(shù)可達(dá)到-1.6，三面板廣告牌在60°風(fēng)向角下背風(fēng)面板的體型系數(shù)可達(dá)到-1.0。對(duì)于雙面和三面廣告牌這種特殊的多面板開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，在面板水平撐型鋼梁或者桁架結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，若將所有面板的風(fēng)壓體型系數(shù)均按照單面板結(jié)構(gòu)進(jìn)行取值，尤其是未考慮背風(fēng)面板的負(fù)風(fēng)壓作用，將使面板支撐體系設(shè)計(jì)不合理，從而造成面板支撐結(jié)構(gòu)的屈曲破壞。

圖6 雙面廣告牌代表風(fēng)向角下面板的體型系數(shù)Fig.6 Shape factor of the plate in representative wind direction of two-plate billboard

圖7 三面廣告牌代表風(fēng)向角下面板的體型系數(shù)Fig.7 Shape factor of the plate in representative wind direction of three-plate billboard

圖8 美國(guó)規(guī)范廣告牌面板的體型系數(shù)Fig.8 Shape factor of the plate of three-plate billboard for ASCE 7-10

美國(guó)規(guī)范[6]考慮了斜風(fēng)向下(未給出具體風(fēng)向角)風(fēng)壓沿面板長(zhǎng)度方向的不均勻性，并給出了不同面板長(zhǎng)寬比和間隙比的單面板廣告牌的面板體型系數(shù)，代入剛性試驗(yàn)原型技術(shù)參數(shù)，得到美國(guó)規(guī)范廣告牌面板的體型系數(shù)如圖8所示，在雙面和三面廣告牌面板支撐結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，若每個(gè)面板的體型系數(shù)均按照美國(guó)規(guī)范結(jié)果取值，則大于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 面板整體風(fēng)力體型系數(shù)

單立柱廣告牌是一種特殊的高聳結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和風(fēng)荷載大部分集中在上部面板，而整個(gè)上部面板結(jié)構(gòu)通過(guò)立柱來(lái)支撐。當(dāng)對(duì)廣告牌支撐立柱進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將上部所有面板視作一個(gè)整體，從而計(jì)算上部整體面板結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)?；趧傂阅Ｐ兔姘鍦y(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，廣告牌單個(gè)面板的面板風(fēng)力和扭矩系數(shù)可以表示為[16]:

式中:Cji(t)為面板j上測(cè)點(diǎn)i的凈風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程，指向板面中心為正，背離板面為負(fù)；Aji表示面板j上測(cè)點(diǎn)i的從屬面積；dji表示測(cè)點(diǎn)i到面板垂直對(duì)稱(chēng)軸的力臂；B表示面板寬度；c表示面板高度。

綜上所述，由于OCCA無(wú)特異性檢出手段及臨床特征，所以發(fā)現(xiàn)時(shí)往往期別較晚，出現(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，由于各種化療方案對(duì)延長(zhǎng)OCCA患者的生存無(wú)明顯效果，因此滿意的腫瘤減滅手術(shù)就顯得尤為重要。隨著對(duì)卵巢透明細(xì)胞癌各方面研究的逐漸深入，而造成OCCA 患者預(yù)后仍較其他卵巢上皮性癌預(yù)后差的原因可能為其自身對(duì)以鉑類(lèi)為主的化療藥物耐藥[18]；對(duì)于晚期患者手術(shù)達(dá)到滿意減瘤更加困難，易遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，因而研究更有效的化療方案及放療、免疫治療等綜合治療方案，提高早期發(fā)現(xiàn)率，降低病死率，對(duì)改善預(yù)后意義重大。

通過(guò)各個(gè)面板的力(扭矩)系數(shù)，由圖2中力的坐標(biāo)系定義，得到所有面板整體風(fēng)力(扭矩)系數(shù)[16]:

式中:m為面板總數(shù)，雙面和三面廣告牌分別為2和3；θj為各面板風(fēng)力與正向y軸的夾角；CFx(t)和CFy(t)分別表示橫風(fēng)向和順風(fēng)向整體風(fēng)力系數(shù)；CF(t)為水平合力系數(shù)；CT(t)為扭矩系數(shù)。由式(4)～式(7)可以計(jì)算得到廣告牌面板整體橫風(fēng)向、順風(fēng)向、水平合力和扭矩系數(shù)，雙面及三面廣告牌在不同風(fēng)向角下各風(fēng)力(扭矩)系數(shù)均值如圖9所示。

由圖9可以看出，不同風(fēng)向角下雙面廣告牌橫風(fēng)向風(fēng)力CFx偏小，基本可以忽略；順風(fēng)向風(fēng)力是水平合力主要部分；最大順風(fēng)向平均風(fēng)力系數(shù)為1.20，出現(xiàn)0°風(fēng)向角；當(dāng)風(fēng)向角在45°～60°時(shí)，平均扭矩系數(shù)較大；三面廣告牌橫風(fēng)向平均風(fēng)力系數(shù)隨風(fēng)向角的增大逐漸增大；順向平均風(fēng)力系數(shù)隨著風(fēng)向角的增大而逐漸減?。欢叽讼碎L(zhǎng)。所以水平合力的平均風(fēng)力系數(shù)隨風(fēng)向角變化不大。和順風(fēng)向風(fēng)力一樣，也在0°風(fēng)向角下達(dá)到最大，且最大平均合力系數(shù)為1.20；平均扭矩系數(shù)隨風(fēng)向角的增大變化不大，最大平均扭矩系數(shù)出現(xiàn)在30°風(fēng)向角。

圖9 廣告牌面板整體風(fēng)力(扭矩)系數(shù)Fig.9 Wind force(torque)coefficient of billboard

在實(shí)際工程中，單立柱廣告牌通常采用圓鋼管柱，由于圓鋼管截面的中心對(duì)稱(chēng)性，最不利風(fēng)向可能是合力或者扭矩最大時(shí)。當(dāng)合力超過(guò)支撐柱的承載力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致廣告牌結(jié)構(gòu)整體倒塌；當(dāng)扭矩超過(guò)面板支撐結(jié)構(gòu)和立柱連接部位的抗扭承載力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致面板支撐結(jié)構(gòu)的屈曲破壞。因此，對(duì)于單立柱廣告牌支撐立柱的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，本文主要考慮上述兩種最不利風(fēng)荷載的狀態(tài)，圖10給出了上部整體面板結(jié)構(gòu)風(fēng)力的體型系數(shù)取值，可直接用于實(shí)際工程中廣告牌支撐立柱的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

圖10 最不利狀態(tài)下面板整體風(fēng)力體型系數(shù)Fig.10 Wind shape coefficient of overall plate under the most unfavorable wind direction

我國(guó)規(guī)范[5]關(guān)于廣告牌面板整體風(fēng)力體型系數(shù)的取值只有一種情況，取值為1.3，但是沒(méi)有考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，取值略大于風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果。美國(guó)規(guī)范[6]中廣告牌風(fēng)荷載體型系數(shù)的取值與面板長(zhǎng)寬比以及間隙比有關(guān)，而且在抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了扭矩效應(yīng)的影響，取值大于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果。

2 單立柱廣告牌的風(fēng)振系數(shù)

2.1 廣告牌氣動(dòng)彈性測(cè)振試驗(yàn)

進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)縮尺模型的氣彈性測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)可全面考察大型單立柱廣告牌結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)特性。氣彈模型各項(xiàng)物理參數(shù)相似比見(jiàn)表1。氣彈試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D11所示，試驗(yàn)采用六分力高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平，測(cè)得模型立柱底部剪力以及扭矩的基底反力時(shí)程。試驗(yàn)來(lái)流風(fēng)向角、力的坐標(biāo)系定義、與風(fēng)向角剛性測(cè)壓試驗(yàn)方案一致。

表1 氣彈模型物理參數(shù)相似比Tab.1 Physical parameters scaling of model type

圖11 廣告牌氣彈試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.11 Aero-elastic test model of billboard

2.2 風(fēng)振系數(shù)的理論計(jì)算

戶外大型單立柱廣告牌通常具有外形上大下小、體型突變、質(zhì)量頭重腳輕等特點(diǎn)。其所受風(fēng)荷載和質(zhì)量基本全部集中在上部面板和支撐框架上，整體結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)剛度集中在立柱上，而立柱結(jié)構(gòu)自身的風(fēng)荷載對(duì)于廣告牌的風(fēng)振響應(yīng)來(lái)說(shuō)相對(duì)較小，可以被忽略。采用在我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)[17]中脈動(dòng)等效靜力風(fēng)荷載理論背景分量計(jì)算方法，可以得到廣告牌結(jié)構(gòu)背景分量因子Bz，S(下標(biāo)S代表單立柱)的表達(dá)式為:

圖12 順風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)響應(yīng)系數(shù)譜Fig.12 Along-wind and torsional response coefficient spectrum

式中，各參數(shù)物理意義與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[17]一致?？梢钥闯?，由于該規(guī)范以高層建筑為研究對(duì)象，其背景分量的計(jì)算積分了從地面到建筑物的頂部0～H范圍之內(nèi)脈動(dòng)風(fēng)荷載空間隨機(jī)作用。而式(8)中的積分區(qū)域?yàn)槊姘甯叨?H-c)～H(面板下底邊高度H-c～面板頂部高度H)之間的范圍。顯然，二者存在一定的差異。

將公式(8)代入《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[17]中風(fēng)振系數(shù)表達(dá)式，可以得到單立柱廣告牌風(fēng)振系數(shù)的理論計(jì)算公式為:

式(8)的計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，不便于工程設(shè)計(jì)計(jì)算。可以對(duì)式(8)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。考慮到目前我國(guó)大型單立柱廣告牌的面板高度一般在10m之內(nèi)，面板高度和寬度的范圍小，作用與面板的風(fēng)壓高度系數(shù)μz和湍流度Iz的沿高度變化的幅度有限，且由于范圍小，隨機(jī)脈動(dòng)風(fēng)速的相關(guān)性強(qiáng)。因此，在式(8)中可略偏于保守地以面板中心高度H0為基，令風(fēng)壓高度系數(shù)μz(z)=μzH0；湍流度；振型φ1(z)=φ1(H0)=1；相干函數(shù)cohx(x1，x2)=cohz(z1，z2)=1。整理可得到單立柱廣告牌簡(jiǎn)化單自由度體系的風(fēng)振系數(shù)背景分量為:

對(duì)于風(fēng)振系數(shù)的表達(dá)式中共振分量，由于我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)[17]共振分量因子R為無(wú)量綱量，且只與結(jié)構(gòu)的阻尼和固有頻率有關(guān)，因此，可不需調(diào)整，直接應(yīng)用于廣告牌結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算。

綜合上述，單立柱廣告牌理論計(jì)算的風(fēng)振系數(shù)為:

式中:g為峰值因子；I10為10m高度處的湍流度；Sf為功率譜密度；f1和ζ1分別為桿塔結(jié)構(gòu)的固有頻率和結(jié)構(gòu)阻尼。

2.3 風(fēng)振系數(shù)的比較

《城市戶外廣告設(shè)施技術(shù)規(guī)范》(CJJ 149—2010)[4]第6.2.3條指出，作用在戶外廣告設(shè)施結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載應(yīng)該按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2012)[17]執(zhí)行。美國(guó)荷載規(guī)范(ASCE/SEI 7-10)中基于Davenport提出的陣風(fēng)荷載響應(yīng)因子法，給出了實(shí)體自立式廣告牌順風(fēng)向等效風(fēng)荷載的計(jì)算公式。以本文的雙面(G2-5×14)和三面(G3-6×18)廣告牌為例，給出了風(fēng)振系數(shù)比較對(duì)比圖，如圖13所示，圖中橫坐標(biāo)U10為10m高度處的平均風(fēng)速。

圖13 廣告牌風(fēng)振系數(shù)比較Fig.13 Comparison of wind vibration coefficients of billboard

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，不同計(jì)算方法得到的廣告牌風(fēng)振系數(shù)隨風(fēng)速的增大基本不變，且均大于風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果。其中，我國(guó)規(guī)范GB50009—2012計(jì)算得到的風(fēng)振系數(shù)最大且偏于保守。采用本文提出的廣告牌簡(jiǎn)化單自由度計(jì)算法，即按照式(11)得到的風(fēng)振系數(shù)小于我國(guó)規(guī)范方法的結(jié)果，并略大于按照式(9)理論計(jì)算的結(jié)果。由于美國(guó)荷載規(guī)范(ASCE 7-10)[6]中，設(shè)計(jì)風(fēng)速采用3s瞬時(shí)風(fēng)速的平均時(shí)距，取值比10min的平均風(fēng)速要大1.43倍，因此，其陣風(fēng)響應(yīng)因子計(jì)算明顯偏小。考慮到在大多數(shù)情況下，廣告牌風(fēng)振響應(yīng)的氣動(dòng)阻尼比為正阻尼，且對(duì)減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)有利，因此在上述各方法中，計(jì)算風(fēng)振系數(shù)的共振分量因子時(shí)，均未考慮氣動(dòng)阻尼的有利影響。

3 順風(fēng)向等效風(fēng)荷載

結(jié)合前文已討論過(guò)的廣告牌風(fēng)振系數(shù)以及風(fēng)荷載體型系數(shù)，對(duì)廣告牌順風(fēng)向等效風(fēng)荷載進(jìn)行比較分析如圖14所示。可以看出，美國(guó)規(guī)范(ASCE 7-10)雖然陣風(fēng)響應(yīng)因子最小，但是由于采用較大的風(fēng)荷載體型系數(shù)以及風(fēng)速換算后，最終計(jì)算得到的順風(fēng)向等效風(fēng)荷載最大，偏于保守；我國(guó)規(guī)范GB50009—2012計(jì)算結(jié)果較大于理論計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，也偏于保守；簡(jiǎn)化單自由度結(jié)果大于理論計(jì)算方法，且小于我國(guó)規(guī)范方法，既能保證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠性，又能節(jié)約成本簡(jiǎn)化計(jì)算，適用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

圖14 廣告牌順風(fēng)向等效風(fēng)荷載比較Fig.14 Comparison of equivalent along-wind loads of billboard

4 結(jié)論

1.剛性模型測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)分析表明，為保證面板結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠性，四角和邊緣區(qū)域應(yīng)采用較大的局部體型系數(shù)。

2.基于風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了最不利風(fēng)向角下多面板的風(fēng)壓體型系數(shù)的分布。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)規(guī)范中給出的垂直風(fēng)向下單面廣告牌的體型系數(shù)，取值單一且偏于不安全；美國(guó)規(guī)范中的體型系數(shù)雖然考慮了不同面板長(zhǎng)寬比、間隙比以及最不利斜風(fēng)向，但取值略偏于保守。

3.通過(guò)氣彈模型測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)單立柱廣告牌而言，以高層建筑為對(duì)象的現(xiàn)行規(guī)范中的順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)計(jì)算方法偏保守?？蓪瘟⒅鶑V告牌簡(jiǎn)化為單自由度體系來(lái)計(jì)算其背景分量因子和風(fēng)振系數(shù)。