一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法技术

一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，它涉及一种城市街区行人风环境评估方法，具体涉及一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法。本发明专利技术为了解决现有风环境评估方法精度不足的问题。本发明专利技术的具体步骤如下：对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；以典型的城市街区为研究对象；进行风环境试验；利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速Ui,site和阵风风速Ui,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U10,site的比值rM和rG；基于风速比rM和rG，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值Uthr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值Uthr,M或阵风等效小时平均风速阈值Uthr,GEM。本发明专利技术属于建筑风环境领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种城市街区行人风环境评估方法，具体涉及一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，属于建筑风环境领域。
技术介绍
随着我国城市化的发展，(超)高层建筑大量涌现，而且布局多样、体形复杂。城市中的高大建筑物和建筑群会显著地改变其周围的风场，使得城市街道、建筑物角部和入口等区域由于“狭管效应”而出现明显的风速加速，由此恶化行人高度的风环境，引起行人产生不舒适感、甚至发生危险。随着人们生活品质和健康舒适理念的提高，城市街区行人风环境的质量日益得到重视。为了避免因不合理的建筑形式及布局造成不舒适、甚至危险的行人风环境，需在街区规划设计之初对其行人风环境质量进行正确地预测及评估，并对风环境质量较差的区域进行优化设计。风洞试验是研究城市街区行人风环境的主要方法，也是使用最早、目前应用最广泛的风环境预测方法。1981年，Irwin专利技术了一种全方向压力传感器(风速探头)，该风速探头在对流场干扰较少的条件下，可实现整个区域行人高度风速的多点同步测量。大量的风环境试验及标定试验表明，Irwin风速探头可获得准确的平均风速和脉动风速的测量结果，适用于实际工程项目研究。城市街区的行人风环境评估方法主要包括风速比评估法、相对风舒适度评估法和超越阈值概率评估法等。1)风速比评估法以城市街区测点的行人高度平均风速与相同高度的远处来流平均风速的比值来反映建筑物存在引起的风速变化程度，该方法只能定性地判别城市街区不同区域的风环境的相对质量好坏，而与人的感受无关(由于不能反映风速绝对大小)。由于风速比评估法简单可行，且能获得较准确的评估结果，因此该方法是目前最为常用的方法，也被一些规范标准所采用。2)相对风舒适度评估法以人的舒适性需求为出发点，给出了人的不同行为对应的风速阈值及允许的不舒适风的发生次数。但该方法未能考虑建筑所在地区来流风速(气象资料)的影响，也无法反映风速的随机特性。3)超越阈值概率评估法以人的舒适性和安全性需求为出发点，同时对城市街区的当地气象资料进行统计分析，计算全风向角下测点的行人平均风速超过平均风速阈值的概率；通过比较测点超越概率与最大容许超越概率，来定量地评估城市街区的行人风环境。超越阈值概率评估法通过概率的方法考虑了风速的随机特性，是目前最为准确的评估方法。但是，由于该评估法需要结合当地气象资料，且算法相对复杂，导致其实际应用受限。
技术实现思路
本专利技术为解决现有风环境评估方法精度不足的问题，进而提出一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术所述评估方法的具体步骤如下：步骤一、对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；步骤二、以典型的城市街区为研究对象，采用亚克力板或PVC板以一定缩尺比制作该街区附近所有建筑物和构筑物的外形，并在街区行人高度处按一定间距设置改进的Irwin风速探头，从而获得风环境试验的试验模型；步骤三、进行风环境试验，获得不同参数工况下城市街区模型的行人高度小时平均风速Ui和阵风风速Ui,gust，其中阵风风速Ui,gust可由下式得到：Ui,gust＝Ui+g·σu (1)公式(1)中，g表示峰值因子，通常取2.5；σu表示风速均方根值；步骤四、利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速Ui,site和阵风风速Ui,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U10,site的比值rM和rG： r M = U i , s i t e U 10 , s i t e = U i U r × ( z r e f 10 ) α - - - ( 2 ) , ]]> r G = U i , g u s t , s i t e U 10 , s i t e = U i , g u s t U r × ( z r e f 10 ) α - - - ( 3 ) , ]]>公式(2)和公式(3)中Ur表示风环境试验中参考高度处的来流平均风速，Zref表示城市街区参考高度，α表示指数律风剖面的地面粗糙度指数；步骤五、基于风速比rM和rG，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值Uthr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值Uthr,M或阵风等效小时平均风速阈值Uthr,GEM： U t h r , M = U t h r r 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，其特征在于：所述一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法的具体步骤如下：步骤一、对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；步骤二、以典型的城市街区为研究对象，采用亚克力板或PVC板以一定缩尺比制作该街区附近所有建筑物和构筑物的外形，并在街区行人高度处按一定间距设置改进的Irwin风速探头，从而获得风环境试验的试验模型；步骤三、进行风环境试验，获得不同参数工况下城市街区模型的行人高度小时平均风速Ui和阵风风速Ui,gust，其中阵风风速Ui,gust可由下式得到：Ui,gust＝Ui+g·σu                         (1)公式(1)中，g表示峰值因子，通常取2.5；σu表示风速均方根值；步骤四、利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速Ui,site和阵风风速Ui,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U10,site的比值rM和rG：rM=Ui,siteU10,site=UiUr×(zref10)α---(2),]]>rG=Ui,gust,siteU10,site=Ui,gustUr×(zref10)α---(3),]]>公式(2)和公式(3)中Ur表示风环境试验中参考高度处的来流平均风速，Zref表示城市街区参考高度，α表示指数律风剖面的地面粗糙度指数；步骤五、基于风速比rM和rG，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值Uthr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值Uthr,M或阵风等效小时平均风速阈值Uthr,GEM：Uthr,M=UthrrM---(4)]]>Uthr,GEM=1.85UthrrG---(5)]]>式中，Uthr是Lawson评估标准中的小时平均风速阈值；1.85表示将阵风风速Ui,gust等效为阵风等效小时平均风速Ui,GEM的转换系数，即：Ui,gust＝1.85UGEM                          (6)；步骤六、统计并分析拟评估城市街区的当地气象资料，确定16个风向角下良态风的风向频率及风速概率分布函数；通常气象资料包括10m高度处的小时平均风速和平均风向；θ风向角下各测点风速U超过风速阈值Uthr,M或Uthr,GEM的概率为：Pθ(U>Uthr,M)=Aθ·exp[-(Uthr,Mcθ)kθ]---(7)]]>Pθ(U>Uthr,GEM)=Aθ·exp[-(Uthr,GEMcθ)kθ]---(8)]]>公式(7)和公式(8)中，θ＝1，2，3，…，16，表示气象学中常用的十六个风向角编号，风向角间隔为22.5°；Aθ表示风向角θ的风向频率；cθ和kθ分别表示风向角θ时Weibull分布函数的尺度参数和形状参数；步骤七、累加所有风向角下各测点风速U超过风速阈值Uthr,M或Uthr,GEM的概率，即该阈值风速的超越概率：P(U>Uthr,M)=Σθ=116Pθ(U>Uthr,M)---(9)]]>P(U>Uthr,GEM)=Σθ=116Pθ(U>Uthr,GEM)---(10);]]>步骤八、基于全风向角下的超越概率P(U>Uthr,M)或P(U>Uthr,GEM)，并结合Lawson评估标准中的最大容许超越概率Pmax，评估城市街区行人风环境的舒适性与安全性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法，其特征在于：所述一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法的具体步骤如下：步骤一、对改进的Irwin风速探头的参数进行标定；步骤二、以典型的城市街区为研究对象，采用亚克力板或PVC板以一定缩尺比制作该街区附近所有建筑物和构筑物的外形，并在街区行人高度处按一定间距设置改进的Irwin风速探头，从而获得风环境试验的试验模型；步骤三、进行风环境试验，获得不同参数工况下城市街区模型的行人高度小时平均风速Ui和阵风风速Ui,gust，其中阵风风速Ui,gust可由下式得到：Ui,gust＝Ui+g·σu (1)公式(1)中，g表示峰值因子，通常取2.5；σu表示风速均方根值；步骤四、利用公式(2)和公式(3)确定各风向角下城市街区行人高度的小时平均风速Ui,site和阵风风速Ui,gust,site分别与10m高度的小时平均风速U10,site的比值rM和rG： r M = U i , s i t e U 10 , s i t e = U i U r × ( z r e f 10 ) α - - - ( 2 ) , ]]> r G = U i , g u s t , s i t e U 10 , s i t e = U i , g u s t U r × ( z r e f 10 ) α - - - ( 3 ) , ]]>公式(2)和公式(3)中Ur表示风环境试验中参考高度处的来流平均风速，Zref表示城市街区参考高度，α表示指数律风剖面的地面粗糙度指数；步骤五、基于风速比rM和rG，将风环境评估标准中的小时平均风速阈值Uthr转换为城市街区10m高度处的小时平均风速阈值Uthr,M或阵风等效小时平均风速阈值Uthr,GEM： U t h r , M = U t h r r M - - - ( 4 ) ]]> U t h r , G E M = 1.85 U t h r r G - - - ( 5 ) ]]>式中，Uthr是Lawson评估标准中的小时平均风速阈值；1.85表示将阵风风速Ui,gust等效为阵风等效小时平均风速Ui,GEM的转换系数，即：Ui,gust＝1.85UGEM (6)；步骤六、统计并分析拟评估城市街区的当地气象资料，确定16个风向角下良态风的风向频率及风速概率分布函数；通常气象资料包括10m高度处的小时平均风速和平均风向；θ风向角下各测点风速U超过风速阈值Uthr,M或Uthr,GEM的概率为： P θ ( U > U t h r , M ) = A θ · exp [ - ( U ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑朝荣，武岳，李胤松，陈勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23