利用人工植林削减古塔风荷载的风洞试验

摘要

高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分，也是中国古代木建筑的典范。外部风荷载作用是影响古木塔结构安全的重要因素，人工植林可改变古木塔的风场环境，实现削减风荷载作用并缓解风致结构损伤的目的。本文开展了古木塔的风洞试验研究，验证了人工植林技术削减古木塔风荷载作用的可行性；以中国山西应县木塔为原型设计并制作了1∶50的大比例刚性木塔模型，开展了在树木遮挡下木塔的风洞试验，考察了木塔的表面风压分布特征；同时，计算了不同树木高度、树木距木塔距离和树木布置宽度等条件下木塔的层间力与层倾覆弯矩，并分析了基底剪力与弯矩的减小率。结果表明：在遮挡高度范围内，人工植林可有效减小木塔表面风压；同时，在高于遮挡范围的侧风面与背风面，树木也会一定程度地降低木塔表面风压。人工植林树木高度是影响木塔风荷载削减效果的关键条件，树木越高，风荷载减小效果越好。分析表明，人工植林应选择高大乔木，并布置在距木塔较近的区域，且树木布置间距应尽量宽。本文通过风洞试验验证了利用人工植林削弱高耸古木塔的风压与风荷载的可行性，提供了缓解高耸古木塔风荷载作用及风致损伤的新思路，可为高耸古木塔的结构保护提供技术选择。

关键词

木结构 / 人工植林 / 风效应 / 风洞试验 / 风压

基金资助

国家自然科学基金项目（52278290;51978033）; 北京市教委青年拔尖人才项目（CIT&TCD201904060）