一、引言

　　遮阳系统作为建筑外围护结[1]构赋予现代建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能和建筑结构等因素有机地结合起来，使建筑物展现出时代的美感。目前我国建筑物以玻璃作为饰面材料的围护结构仍然占据主导地位，从建筑热工及节能减排角度来看，玻璃是建筑物热交换、热传导最为活跃和敏感的部位。随着时代的进步，我国对建筑的节能和环保提出了更高的要求，由此建筑遮阳系统也得到了更为广泛的应用，它即有助于降低建筑的能耗，又能改善建筑的舒适性。同时，复杂造型，特殊构造的遮阳系统的安全性如何验证也成为大家关注的问题，本文将结合实例，探讨了一种特殊造型的屋面[2]遮阳板可靠性的验证方法。

　　二、动态风压验证方法及设备

　　1 气流特性

　　空气是一种流体，它在流动时，遵守伯努利原理，既其势能和动能会互相转化，但总机械能保持不变。势能包括位置势能和压力势能，当空气在水平方向上流动时就只有压力势能与动能之间的转化，流速越大意味着动能越大，压能就越小，理想情况下才可维特总能量不变。

　　通常来说，静压是压能，是势能的一种。它是空气垂直作用于物体单位表面积上的压力，用压强表示，在静止的气流中其大小为空气的大气压。动压是单位体积空气包含的动能，由于流速产生的附加压力。气流具有如下的特性：

　　1.1 可逆性原理

　　物体在静止的空气中运动或气流流过静止的物体，如果两者相对速度相等，物体上 所受的空气动力完全相等。

　　一般在研究、分析和实验时，采用气流流过物体的方法较为直观和简单。根据此原理只要相对速度相等，它的结果与物体在空气中运动时所受的空气动力就一样。

　　1.2 连续性定理

　　这是描述流速与气流截面关系的定理。气流稳定地流过直径变化的管子时，每秒流入多少空气，也流出等量的空气。所以管径粗处的气流速度较小，而管径细处较大。

　　1.3 伯努利定理

　　是能量不灭定理在空气动力学中的应用，它描述空气动压、静压和总压之间的关系。

　　2 验证方法

　　由于建筑遮阳系统的造型比较特殊，构造比较复杂，所处位置相对多变，利用传统的静压箱很难实

　　现对复杂遮阳系统的安全性验证。为此，借鉴幕墙风洞及动态风雨的实验原理，利用大功率电动机做为动力，驱动飞机螺旋桨高速旋转，形成具有一定速度的稳定气流，气流作用在样件上达到施加风压的效果，，同时，样件完全按照工程的实际情况进行安装，从而最大限度的模拟样件在工程实际情况下所受风荷载，达到验证遮阳系统可靠性的目的。

　　根据伯努利方程可以推算出理想状态下(气压为1013 hPa，温度为15℃，空气重度 r=0.01225(kN/m3)，重力加速度 g=9.8(m/s2))风速和风压的关系，同时可以参照风级与风速的对应关系，详见表1。这样便可根据当地气象部门的数据，在验证时调整螺旋桨的转速，使之能够产生相应风级的风速作用到样件表面，达到真实模拟实际情况的验证效果。

　　1)根据伯努利方程，风的动压为：

　　wp=0.5·ρ·v² (1-1)

　　式中：wp ____风压(kN/m²)

　　ρ ____空气密度(kg/m³)

　　v ____风速(m/s)

　　2)根据空气密度和重度的关系，动压转换为：

　　wp=0.5·r·v2/g (1-2)

　　式中：r =ρ·g

　　3)标准状态风的动压为：

　　wp=v2/1600 (1-3)

　　3 主要设备

　　1)动力设备：由螺旋桨、大功率电动机、支架、联轴器、防护罩、变频控制器等几部分组成，可提供最大55m/s的稳定风速，详见图1。

　　2)安装架：由底座、安装架、支撑杆等组成，可根据工程的实际情况调节遮阳系统安装角度，详见图2。

　　3)测量仪器：包括位移传感器、风速传感器等、气压计等。

表1 风级、风速、风压对照表

　　三、实验验证

　　1 验证条件

　　1.1 螺旋桨的半径、稳定气流距桨叶中心距离等应满足验证要求，样件应处于风压有效作用区内。

　　1.2 安装架的刚度要满足验证要求，安装角度可调节。

　　1.3 位移计的安装应牢固，风速计的量程应符合验证要求。

　　1.4 样件的材料、规格、安装工艺、安装方法与工程应保持一致。

　　1.5应在开阔区域内展开验证，以便形成稳定气流，避免气流扰动对验证结果造成不良影响。

　　2 验证流程

　　根据工程的实际情况进行安装(详见图3、4)，本次验证分别选取了样件与水平面的夹角为0°、30°、60°、90°四个角度，同时每个安装角度分别施加不同角度的动态风压，基本涵盖了遮阳板系统的典型实际工况。对每个工况施加符合设计要求的动态风压，并保持相应的作用时间，观察各重要连接部位的变化、记录样件在验证过程中的情况。

　　3 验证结果

　　所有连接螺栓无松动，连接可靠;各构件完好，未发生损毁、未发生永久变形。支撑杆出现小幅摆动，局部面板在连接处出现小幅高频震动。为确保工程上万无一失，针对出现摆动和震动的部位进行了优化调整，并对优化结果进行了再次验证，之前出现的问题得到了明显的改善。

　　4 验证结论

　　将验证数据结合典型工况有限元分析，可得出遮阳板承载能力满足设计要求。详见图5、图6及表2。

表2 比较结果

　　四、结论

　　通过此次对实际工程的抗动态风压性能的验证，为工程的可靠性提供了关键性的参考。同时也证明

　　该方法对于验证复杂造型，特殊构造的遮阳板系统的安全性和可靠性具有一定的实用性。

　　参考文献：

　　[1] GB/T 21086-2007《建筑幕墙》

　　[2] JGJ 255-2012《采光顶与金属屋面技术规程》

  作者：韩智勇　姜仁　刘家良　郝志华来源：2019年会论文集