建筑物结构及翼板组件的制作方法

本发明涉及高层建筑物抗风技术领域，特别是涉及建筑物结构及翼板组件。

背景技术：

高层建筑一般是指10层及10层以上，高度大于27m的住宅建筑以及高度大于24m的非单层厂房、仓库和其他民用建筑。高层建筑物由于其自身形态特点，大多因为高度较高而会受到较强的风荷载，容易受到倾覆弯矩而振动，抗风性能较差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对一般的建筑物抗风性能较差的问题，提供提高建筑物抗风性能的翼板组件。

一种翼板组件，包括：

翼板，包括沿来流方向分布的迎风前端和迎风后端；

支架，所述支架的一端支撑所述翼板，所述支架背向所述翼板的另一端所在平面为安装面；

其中，所述迎风前端相对所述安装面的高度，小于所述迎风后端相对所述安装面的高度；所述翼板在流经其自身表面的来流作用下，受到由所述翼板指向所述支架的压力。

上述翼板组件设于高层建筑物顶部，支架的安装面与建筑物顶部的表面重合，通过支架支撑翼板。并且，翼板中迎风前端相对安装面的高度，小于迎风后端相对安装面的高度。翼板在流经其自身表面的来流作用下，受到由翼板指向支架的压力，进而通过支架向建筑物顶部施加竖向压力，减小风载荷作用下高层建筑物的水平倾覆弯矩，并动态抑制建筑物振动，提高建筑物的抗风性能。

在其中一个实施例中，所述翼板包括均连接于所述迎风前端和所述迎风后端之间的第一弧形面和第二弧形面，所述第一弧形面和所述第二弧形面相对设置且向相互远离的方向弯曲。

在其中一个实施例中，所述第一弧形面和所述第二弧形面，相对所述迎风前端与所述迎风后端之间的连线对称。

在其中一个实施例中，所述第一弧形面和所述第二弧形面，相对所述迎风前端和所述迎风后端之间的连线非对称；

所述第一弧形面在所述来流方向上表面路径较长且面向所述安装面，所述第二弧形面在所述来流方向上表面路径较短且背向所述安装面。

在其中一个实施例中，所述翼板沿与所述迎风前端和所述迎风后端之间连线垂直的纵长方向延伸。

在其中一个实施例中，所述翼板可绕所述纵长方向相对所述支架在预设角度范围内转动。

在其中一个实施例中，所述支架设于建筑物顶部，所述纵长方向平行于所述建筑物顶部的迎风前缘。

在其中一个实施例中，所述支架包括多个，所述多个支架沿所述纵长方向间隔分布，并均支撑所述翼板。

在其中一个实施例中，所述翼板为薄壁钢筋混凝土结构，或者所述翼板为蒙皮结构。

本发明还提供一种建筑物结构，包括建筑物及上述翼板组件，所述翼板组件设于所述建筑物顶部。

附图说明

图1为本发明一实施例中建筑物结构一个视角的结构示意图；

图2为图1所示建筑物结构另一视角的结构示意图；

图3为图1所示建筑物结构中翼板组件一个视角的结构示意图；

图4为图3所示翼板组件另一视角的结构示意图；

图5为机翼表面风压分布示意图；

图6为图5所示机翼升力示意图；

图7为图1所示建筑物结构倾覆弯矩相关参数示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-2所示，本发明一实施例中，提供一种建筑物结构200。建筑物结构200包括建筑物210和翼板组件100，翼板组件100设于建筑物210顶部，用于减小建筑物210受到的水平倾覆弯矩，防止建筑物210在风荷载作用下因为倾覆趋势引起振动，提高建筑物210的抗风性能。

如图3-4所示，翼板组件100包括翼板10和支架30，支架30为翼板10提供安装基础，支架30的一端支撑翼板10，支架30背向翼板10的另一端所在的平面为安装面a，支架30在设置于建筑物210顶部时，上述安装面a与建筑物210顶部的表面重合。并且，翼板10包括沿来流方向分布的迎风前端12和迎风后端14，迎风前端12相对安装面a的高度，小于迎风后端14相对安装面a的高度；翼板10在流经其自身表面的来流作用下，受到由翼板10指向支架30的压力，进而通过支架30向建筑物210顶部施加竖向压力，减小风载荷作用下高层建筑物210的水平倾覆弯矩，并动态抑制建筑物210振动，提高建筑物210的抗风性能。

其中，翼板10的迎风前端12低于迎风后端14，与一般飞机机翼的设置方式刚好相反，以形成竖向压力。具体地，如图5-6所示，飞机机翼的横断面为流线体，当来流遇到横断面为流线体的机翼时，被分成上下两股，分别从机翼的上下表面顺流而下。根据流体力学中的连续性定理和伯努利定理，在机翼的上表面，翼面外凸使得流管收缩，流速增大，压力降低；在机翼的下表面，流管扩张，流速降低，压力增大。如此，机翼上下表面气流的流速差异催生了压力差，机翼上表面压力小于下表面压力，进而对机翼形成向上的升力。

机翼升力的简化估算公式如式(1)所示：

其中：

cl为机翼的升力系数，升力系数cl与机翼截面形状、风攻角等参数相关；

0.5ρv²为飞机的飞行动压；

s为机翼面积。

本发明提供的翼板10，作为高层建筑的抗风部件，根据上述机翼升力原理，相当于将机翼倒置于建筑物210顶部，形成提供反向升力(压力)的翼板10，以对高层建筑施加竖向风压力，进而减小风荷载作用下高层建筑底部的倾覆弯矩，提高建筑物210的抗风性能。

如图4所示，翼板10包括均连接于迎风前端12和迎风后端14之间的第一弧形面11和第二弧形面13，第一弧形面11和第二弧形面13相对设置且向相互远离的方向弯曲，如此形成流线型翼板10，过流通过向外凸出的第一弧形面11和第二弧形面13后在翼板10上形成压力。

在一些实施例中，第一弧形面11和第二弧形面13，相对迎风前端12与迎风后端14之间的连线b对称。可以理解地，在另一些实施例中，第一弧形面11和第二弧形面13，相对迎风前端12和迎风后端14之间的连线b非对称；第一弧形面11在来流方向上表面路径较长且面向安装面a，第二弧形面13在来流方向上表面路径较短且背向安装面a。如此，第一弧形面11和第二弧形面13不对称，相同时间内，气流流经第一弧形面11的路程更长，在翼板10下方的气压下降更多，翼板10上方的气压升高更多，翼板10受到的合力(竖向压力)更大，抗风效果更好。

如图2-4所示，进一步地，翼板10沿与迎风前端12和迎风后端14之间连线b垂直的纵长方向延伸，形成长条型的翼板10，增大翼板10与来流的接触面，形成更大的压力。

可选地，翼板10可绕纵长方向相对支架30在预设角度范围内转动，以调节翼板10相对安装面a的角度，可以在外部气流环境不同时，将翼板10调节至不同角度，以抵抗不同强度的来流，使翼板10的抗风强度范围更大。可以理解地，在其他一些实施例中，翼板10也可以固定设置于支架30上，在此不做限定。

并且，翼板10的纵长方向平行于建筑物210顶部的迎风前缘212(如图2所示)，使翼板10纵长方向上的各个位置可以大概同时受到来流的冲击，且翼板10纵长方向的各个位置与来流的夹角大概一致，翼板10受力较为均匀。

支架30包括多个，多个支架30沿纵长方向间隔分布，并均支撑翼板10，以通过多个点稳定地支撑安装长条形的翼板10。可选地，支架30为桁架结构，由多根钢材连接形成架体。

上述任意一个实施例中，翼板10为薄壁钢筋混凝土结构，采用土木手段建造；或者翼板10为蒙皮结构，包括骨架和蒙皮，在骨架上包裹蒙皮后形成流线型的翼板10。

本发明一实施例中，还提供一种上述翼板组件100。翼板组件100包括支架30和翼板10，支架30为翼板10提供安装基础，支架30的一端支撑翼板10，支架30背向翼板10的另一端所在的平面为安装面a，支架30在设置于建筑物210顶部时，上述安装面a与建筑物210顶部的表面重合。并且，翼板10包括沿来流方向分布的迎风前端12和迎风后端14，迎风前端12相对安装面a的高度，小于迎风后端14相对安装面a的高度；翼板10在流经其自身表面的来流作用下，受到由翼板10指向支架30的压力，进而通过支架30向建筑物210顶部施加竖向压力，减小风载荷作用下高层建筑物210的水平倾覆弯矩，并动态抑制建筑物210振动，提高建筑物210的抗风性能。

在风荷载作用下，高层建筑物210水平方向的倾覆安全系数如公式(2)所示，参数如图7所示。

式中：

l为来流方向上的建筑物210的宽度；

g为建筑物210自重；

fl为翼板10扰流压力线荷载；

l为翼板10的纵向长度；

a为翼板10扰流压力与建筑物210背风边缘的距离；

b为建筑物210迎风面宽度；

h为建筑物210高度；

fwj为水平方向风荷载线密度(包括迎风面和背风面)；

hj为水平方向风荷载线密度分布高度。

由上述公式(2)可知，倾覆安全系数与建筑物210本身的结构以及翼板10提供的扰流压力等因素有关。并且，倾覆安全系数越大，建筑物210的抗风性能越强。所以，通过翼板10为高层建筑物210提供抗风压力后，建筑物210的倾覆安全系数便会提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。