4-1，该环形套筒4-1与中心转轴1-2同心装配，流线型扰流板组件I可绕中心转轴1-2转动。扰流板支架4与设置在屋面上的预埋锚栓连接或者与预埋钢板焊接。
[0044]驱动电机5固定设置于流线型扰流板1-1内部，并与环形套筒4-1传动连接，使得流线型扰流板1-1可相对中心转轴1-2所在的轴线转动。
[0045]如图12所示，流线型扰流板1-1为长条形薄壁结构，横断面呈流线型，其迎风端的高程大于背风端的高程(H^Hk),在迎风面的厚度大于其另一侧(背风面)的厚度。流线型扰流板1-1的中面与水平面交角应在合理区间内。根据流线型扰流板组件I的刚度和强度需求以及流线型扰流板1-1转动力矩的要求，应设置一定数量的扰流板支架4和驱动电机5。
[0046]流线型扰流板1-1横断面长度Lp L2与中心转轴1-2离屋面高度H间的关系如式
(I)所示，即中心转轴1-2至流线型扰流板1-1的背风端的距离L2与中心转轴1-2离屋面尚度H间的关系满足:
[0047]L2sin0 <H (I)其中，Θ为流线型扰流板1_1与水平线的夹角，L1为中心转轴1-2至流线型扰流板1-1近侧墙端的长度；L2为中心转轴1-2至流线型扰流板1-1远离侧墙端的长度。
[0048]伺服控制模块3根据风速仪2测得的风速大小，向驱动电机5发出调节流线型扰流板组件I倾角的控制指令，假定流线型扰流板1-1与水平线的夹角Θ与风速V的关系如式⑵所示:
[0049]Θ = f (v) (2)
[0050]其中，Θ为流线型扰流板1-1与水平线的夹角，V为风速仪2所在位置处的实时风速，f()为夹角Θ与风速V间的函数关系。
[0051]简单起见，可在伺服控制模块3中，将此函数关系设定成简单的离散函数形式；并限定流线型扰流板1-1的倾角Θ范围。
[0052]当来流的运动遇到低矮建筑阻挡时，来流通常在屋面迎风前缘处分离，分离后的剪切层在逆压梯度的作用下，卷吸再附形成环流，如图1所示。当输入与输出该环流的流动能量达到平衡时，稳定的真空状态随即形成，这就是旋涡。旋涡将在屋面形成巨大的抽吸效应，在此作用下，屋面局部出现强劲的破坏性吸力。为减小这种破坏性吸力，需从源头上抑制或者破坏旋涡的作用。
[0053]在低矮建筑迎风前缘部位设置扰流板，一方面可促使扰流板下部的流动以射流的方式进入迎风前缘的旋涡，破坏旋涡内部的输入与输出平衡即真空状态；另一方面，正向射流可与靠近屋面处的旋涡逆流相抵，从而破坏环流的形成。综合作用下，旋涡的稳定形态被破坏，其诱导下的风吸力将大幅减小。作用原理如图2所示。
[0054]如下算例以一低矮建筑为例，通过Computat1nal Fluid Dynamics (CFD)技术对比了设置扰流板前后，建筑屋面风压系数的变化，以说明本实用新型专利中扰流板的有效性。简化起见，该算例采用二维模型和稳态求解。模型的基本尺寸及计算区域图3所示:低矮建筑高度为6m、跨度为15m;计算区域为180mX120m。入口风速设置为10m/s ;除入口和出口外，其他边界均设置4层渐变的边界层；流线型扰流板的局部流体网格分布如图4所示。本算例中，扰流板与水平线的夹角为10°。图5和图6分别给出了设置扰流板前后，靠近迎风侧墙的屋面流线分布图；图7给出了设置扰流板前后屋面风压系数Cp的变化曲线。可见，(I)在屋面迎风前缘设置扰流板后，屋面边缘旋涡作用区域减小，作用强度减弱；
(2)在屋面迎风前缘设置扰流板后，屋面旋涡作用区内的风压系数显著减小。所以，本实用新型中所设置的扰流板可有效抑制低矮建筑屋面的旋涡作用，进而减小旋涡诱导下的强风吸力。
【主权项】
1.一种低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，用于减小旋涡诱导下低矮建筑屋面的强风荷载，其特征在于，包括: 流线型扰流板组件(I)，通过扰流板支架(4)与屋面固定连接，并与扰流板支架(4)传动连接； 风速仪(2)，用于测量实时风速； 伺服控制器(3)，与风速仪(2)连接，用于根据所述实时风速发出控制指令； 驱动电机(5)，分别连接伺服控制器(3)和扰流板支架(4)，根据所述控制指令改变流线型扰流板组件(I)与水平面间的夹角，实现屋面强风吸力的动态抑制； 外接电源出)，分别连接风速仪(2)和驱动电机(5)，进行供电。2.根据权利要求1所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述流线型扰流板组件(I)包括: 流线型扰流板(1-1)，设置于低矮建筑屋面迎风边缘处，所述风速仪(2)位于流线型扰流板组件(I)的下方； 中心转轴(1-2)，位于流线型扰流板(1-1)内，并靠近流线型扰流板(1-1)外侧迎风面偏心设置； 所述流线型扰流板(1-1)绕中心转轴(1-2)在设定范围内转动。3.根据权利要求2所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述扰流板支架(4) 一端与屋面固定连接，另一端设有环形套筒(4-1)，该环形套筒(4-1)与所述中心转轴(1-2)同心装配。4.根据权利要求3所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述扰流板支架(4)与设置在屋面上的预埋锚栓连接或者与预埋钢板焊接。5.根据权利要求3所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述驱动电机(5)固定设置于流线型扰流板(1-1)内部，并与环形套筒(4-1)传动连接。6.根据权利要求1所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述扰流板支架(4)和驱动电机(5)根据屋面迎风边缘长度设置多个。7.根据权利要求2所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述流线型扰流板(1-1)为长条形薄壁结构，横断面呈流线型，其迎风端的厚度大于背风端的厚度，且迎风端的高程大于背风端的高程。8.根据权利要求7所述的低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，其特征在于，所述中心转轴(1-2)至流线型扰流板(1-1)的背风端的距离L2与中心转轴(1-2)离屋面高度H间的关系满足:L2Sin Θ < H 其中，Θ为流线型扰流板(1-1)与水平线的夹角。
【专利摘要】本实用新型涉及一种低矮建筑屋面强风吸力动态抑制装置，用于减小旋涡诱导下低矮建筑屋面的强风荷载，包括：流线型扰流板组件，通过扰流板支架与屋面固定连接，并与扰流板支架传动连接；风速仪，用于测量实时风速；伺服控制器，与风速仪连接，用于根据所述实时风速发出控制指令；驱动电机，分别连接伺服控制器和扰流板支架，根据所述控制指令改变流线型扰流板组件与水平面间的夹角，实现强风吸力动态抑制；外接电源，分别连接风速仪和驱动电机，进行供电。与现有技术相比，本实用新型具有有效减小旋涡诱导下低矮建筑屋面的强风吸力、构造简单、效果显著、性能稳定、节约工程造价等优点。
【IPC分类】E04B1/92, E04D13/00
【公开号】CN204876139
【申请号】CN201520527058
【发明人】董欣, 丁洁民, 赵昕, 庄翔
【申请人】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月20日