建筑风洞如何为超级工程“把脉问诊”?

广东建工控股
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2025年,岭南大地地标焕新、亮点纷呈:广东奥林匹克体育中心完成升级改造,以崭新姿态顺利承接第十五届全运会赛事;广州白云国际机场T3航站楼正式投运,助力大湾区世界级机场群加速形成……这些刷屏的“超级工程”,有着飘带样式的屋顶、“羊城花冠”般的形态,这些充满着设计之美的建筑结构,都离不开建筑风洞试验提供的安全保障和硬核支撑。

提起风洞,很多人会想到航天航空领域,却不知它早已成为大型建筑的“安全质检员”。所谓风洞,就是能人为模拟自然风特性、制造气流的专业装置,而建筑风洞试验,简单说就是用它给建筑模型做“模拟吹风”测试,实验人员通过操作仪器设备,在风洞洞体制造出指定风剖面来测试建筑物的风压以及周围气流的变化情况,为建筑抗风设计筑牢安全防线。根据测试对象和目的,风洞试验可分为动态测压试验、高频天平测力试验、气弹模型试验、风环境试验、地形地貌试验等。

(1)模型制作:

根据建筑设计图纸,制作测试对象以及其周边建筑的缩尺模型,缩尺比例通常介于1:100-1:400之间;

广东奥林匹克体育中心升级改造项目缩尺模型

(2)风洞测试

将缩尺模型置于风洞测试段,依托大气边界层发生装置,产生特定风剖面来测试不同风向下建筑表面风压或荷载;

不同风向下的模型测试情况

(3)数据分析:

通过连续采集缩尺模型感应装置产生的动态数据,用统计学及随机振动理论进行分析,获得建筑整体及局部风荷载数据;

对广州白云国际机场三期扩建工程

航站区测试数据处理与分析

(4)优化设计:

结合获得的风荷载数据,对建筑物的气动性能及抗风性能进行评估,为后续优化建筑外型和结构设计提供数据支撑。

建筑风洞试验一般应用于风敏感建筑物,例如超高层建筑、大跨度空间结构建筑。借助测试数据,能够有效保障建筑结构抗风设计安全性,提升建筑的抗风舒适性及经济性。

建工控股集团所属广东建科,是我国最早开展风工程研究的机构之一,拥有我国首座民用建筑大气边界层风洞(广东建科CGB-1风洞)和全国综合规模最大民用建筑风洞(广东建科CGB-2风洞),港珠澳大桥、广州塔、广州白云国际机场三期扩建工程航站区、广东省博物馆、广东科学中心、珠海歌剧院、深圳地王大厦等众多标志性建筑,都曾在这里接受过风洞试验“考核”。

全国综合规模最大民用建筑风洞

——广东建科CGB-2风洞

广东建科CGB-2风洞三维示意图

如今,建筑风洞的用途还在不断拓展。为推动低空经济产业发展,广东建科近期对CGB-1风洞进行了改造,在风洞试验段创新性增设侧风墙与顶风墙,成功实现三相风场的模拟。在保留传统风洞流场优势的同时,增加了模拟城市复杂风环境的能力,能对研发中的无人机、eVTOL(电动垂直起降飞行器)等前沿飞行器进行气动验证与测试。

从保障超级工程安全,到赋能新兴产业发展,建筑风洞好比一位“隐形卫士”,以硬核科技守护着建筑安全,让更多“不可能”的建筑设计变成现实。

免责声明:本文由南方+客户端“南方号”入驻单位发布,不代表“南方+”的观点和立场。
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