大跨度空间结构金属屋面板抗风揭性能试验研究

为了研究大跨度空间结构金属屋面和吊顶板的抗风吸承载力,文章采用静载试验方法进行了430型屋面板加固前后的抗风吸试验、373型吊顶板的抗风吸和抗风压试验。研究了采取自攻螺钉、夹具、垫片等加固措施对金属屋面板承载力和破坏形式的影响。试验结果表明,采取合理加固措施可以有效地提高430型金属屋面板的抗风吸承载力。研究结果可为火车站、航站楼等大型场馆金属屋面的设计与施工提供参考。     

高速列车过站风压影响下单柱站台雨棚设计

针对高速列车过站引起站台雨棚受到较大的风吸力作用,导致雨棚的轻质屋面板发生脱落问题,参考现有的对高速列车风振效应研究,并结合工程设计需要,将高速列车过站引起屋面的基本风压转化为屋面活载荷,利用有限元分析软件SAP2000对不同纵向梁间距和柱距的Y字形单柱雨棚进行设计分析,探究采用现浇组合屋面和采用预制混凝土屋面的单柱站台雨棚的用钢量变化规律以及振型特征.研究结果表明,从用钢量最少和结构整体性最强的角度,柱距为9m纵向梁间距为4.5 m的现浇组合屋面板站台雨棚为最佳方案;相同柱距和纵向梁间距条件下,采用预制屋面板的站台雨棚整体性较差,在设防烈度较高地区使用需采取一定的抗震措施.     

轻钢建筑围护结构抗风设计的几个问题

对轻钢厂房屋面檩条设计计算方法进行分析,认为轻钢厂房在台风中严重破坏的主要原因是设计中重结构轻围护.其次,在现行规范中,低层房屋围护结构的风荷载计算不够统一,以及在高风压地区的一些不合理规定,也是造成钢结构事故的原因.根据轻钢结构在台风中的特性,提出强风下在破坏围护结构的非重要部位形成导风巢的抗风思想.     

低矮带檐口曲面四坡建筑屋面风压数值模拟和抗风优化

采用Fluent软件与RNG(Re-normalization group) k-ε湍流模型,数值模拟我国东南沿海地区常见的一类带檐口低矮曲面四坡屋面的风压.重点分析了屋面坡角、风向角、檐口类型等参数对四坡屋面平均风压及周围风场的影响.研究表明,上述参数与屋面风压都密切相关.随屋面坡角增大,迎风屋檐处峰值风吸力减小,背风面风吸力增大;配置檐口可显著改变屋面子块区域的平均风压系数,从而使屋面抗风性能得到优化.     

热带气旋中竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响

基于热带风暴"彩虹"中采集的高分辨率风速风向和双坡低矮房屋屋面风压数据,研究了台风天气下来流垂直于屋脊线时竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响.结果表明:来流垂直屋脊线时,屋面特殊风压系数与来流竖向风攻角之间呈现明显的线性关系.测点特殊风压系数受来流竖向风攻角的影响程度随着测点距迎风前缘距离的增加而减小.另外,受屋脊的影响,双坡屋面背风面距离屋脊较近的区域受来流竖向风攻角的影响程度会有一定程度的增强.来流竖向风攻角可能是造成双坡屋面迎风前缘及背风面屋脊附近风压系数实验值与实测结果差异较大的主要原因之一,在进行风洞试验模拟时,应考虑来流竖向风攻角的影响.     

轻钢屋面自攻钉节点在台风作用下时变可靠度研究

为建立台风作用下自攻钉节点灾后性能评估办法,首先基于风洞试验的屋面时程风压系数数据,结合模拟台风的风速和风向信息,利用雨流分析法计算台风过境期间的屋面风压系数矩阵,进而用于不同风速下的节点抗力退化模型计算.其次,结合台风荷载模型,采用蒙特卡罗模拟方法,获得沿海城市自攻钉节点的时变可靠度指标,从而实现基于概率的自攻钉节点抗风性能评估.此外,根据模拟台风方法给出模拟台风的风速及风向的解析解,同时得到了台风致自攻钉节点抗力退化数学模型.通过算例分析得出考虑自攻钉节点的台风致抗力退化会使其可靠度显著下降.在对轻钢屋面自攻钉节点进行可靠度评估时,按照我国规范中的目标可靠指标较为保守.     

轻型钢结构风灾易损性概率分析

针对中国典型轻型钢结构建筑,提出风灾易损性的概率分析方法。荷载概率模型考虑屋面板自身重力、围护结构风压、飞掷物冲击破坏,提出屋面板、墙面板、外门窗的抗风承载力概率模型,建议构件风灾破坏的判定准则,给出轻型钢结构的风灾破坏等级矩阵。使用蒙特卡洛模拟得到各类构件及建筑整体的超越破坏易损性曲线,针对某一典型轻型钢结构建筑进行模拟。研究结果表明:屋面板和外门窗的超越破坏概率高于墙面板超越破坏概率;为减少风灾破坏,应当优先选用利于抗风的屋面板型,进而提高外门窗的抗风性能,最后考虑增强墙面板的抗风性能。     

超强台风“莫兰蒂”作用下玻璃幕墙灾损普查及实验分析

201614号台风“莫兰蒂”以17级风力登陆福建省厦门市，强风和暴雨给受到台风正面袭击的厦门市造成了高达百亿元人民币的经济损失. 本研究基于灾后即时开展的应急灾害普查结果，总结此次台风造成的玻璃幕墙破坏形式、 规模及类型等. 对调查结果中的典型案例进行针对性分析，通过结构试验和风环境数值模拟，研究幕墙破坏原因及规律，分析环境、 设计、 施工、 材料等因素对玻璃幕墙抗风能力的影响，建议临海建筑幕墙设计应根据实际风场的风参数选取合理的结构设计参数，提高抗风防灾性能.     

开孔门式刚架房屋风荷载试验研究

结合低矮房屋的导风研究,对一门式刚架房屋进行了开孔与封闭工况的风洞模型试验,分析了屋面风压的分布规律及开孔对屋面风压分布的影响.试验结果表明:开孔工况的平均风压与极值风压比封闭工况的均有所降低,具有一定的抑风效果.试验结果对低矮房屋基于气动措施的抗风设计具有较大的参考价值.     

雷暴冲击风作用下双坡屋面风压分布

为了研究雷暴冲击风作用下双坡屋面的风压分布,建造了用于建筑风工程的射流风洞,并对低矮建筑的双坡屋面进行了测压试验.试验装置的气动测试表明,风场的风压分布和风速剖面与理论结果吻合良好,射流风洞可用于雷暴冲击风荷载的相关研究.然后,采用刚性模型的射流风洞测压试验研究双坡屋面的风压分布,为了使研究结果具有代表性,针对15°,30°和60°三种典型的屋面坡角制作刚性屋面模型,试验得到了模型在风场不同位置时的风压分布.试验结果表明:建筑物位于雷暴冲击风场中心附近时,屋面风荷载为较大压力,较常规风荷载更为不利;建筑物远离风场中心时,3种屋面的雷暴冲击风荷载与常规风荷载比较接近.     

下击暴流作用下直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估

为减少直立锁缝屋面系统在下击暴流作用下的风揭损毁事故,提出了下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统抗风揭可靠度评估方法 . 采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法来分析下击暴流作用下屋面风荷载特征,以不同的风向角为工况,得到屋面的极值风荷载大小及其分布位置. 选取屋面最不利位置建立局部仿真模型并推导了相应的失效准则和极限状态函数. 基于拉丁超立方抽样的Monte Carlo法（LHS-MCS）对下击暴流作用下的直立锁缝屋面系统进行可靠度评估. 结合常态风可靠指标以及相关规范对分析结果进行了评价. 研究结果表明：下击暴流相比常态风更易造成直立锁缝屋面系统风揭破坏,同时下击暴流作用下可靠指标仅满足规范要求的第三级安全水准,建议对重要建筑物进行直立锁缝屋面系统设计时考虑下击暴流的影响.     

墙体开洞及建筑间距对串列低矮 建筑屋面易损区影响

基于计算流体力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型研究了以墙体开洞面积和建筑距离为变量对两栋串列双坡低矮建筑屋面风压及屋面易损部位风压的影响规律.结果表明：施扰建筑屋面内风压受迎背风墙面开洞面积和两栋建筑间距离影响明显,在12 m建筑间距迎风墙面洞口面积为背风墙面的两倍时屋面平均内风压系数达1.41;开洞后内外风压共同作用使施扰建筑屋面净风压比封闭建筑外风压明显增大,各区域中背风屋脊区负风压最大,最大风压系数可达-2.34,平均负风压系数约-1.9,比封闭工况时增大了约90%.墙面开洞对受扰建筑屋面风压影响也较为明显.对群体开洞建筑风压的研究有利于了解群体建筑损毁机理,对沿海地区低矮建筑抗风有现实意义.     

低矮建筑群风荷载作用下干扰效应的数值模拟

从建筑群风效应的角度出发,运用数值模拟方法,结合风洞模型试验对群体低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,并与双坡屋面建筑群做比较,在单体数值模拟计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,为群体建筑的合理建筑形式及结构抗风设计提供理论依据.     

L形平面低矮房屋屋面的风荷载特性

通过L形平面低矮房屋在同济大学TJ2风洞进行的刚性模型测压试验,首先对其屋面的风压时程概率分布进行了讨论,试验结果表明,屋面大部分区域的风压时程偏度较大,概率分布与三参数Gamma分布较为吻合,其极值的估算更适合用“SadekSimiu法”,且相比而言,传统的高斯方法偏于不安全.继而对翼长、坡度及组合屋面形式对屋面风荷载特性的影响进行了研究,试验结果显示,翼长的增加,坡度的减小均会加剧屋面的平均负压和最不利负压;而屋面由两双坡组合变为双坡、四坡组合后,屋面的平均负压和最不利负压都有大幅度的减小,从而得出双坡、四坡组合屋面的L形平面房屋比两双坡组合屋面更有利于抗风的结论.     

毡房结构与风压作用特征分析

介绍了哈萨克族毡房的结构组成,分析了毡房结构在竖向荷载作用下受力的合理性。针对毡房存在的抗风问题,采用FLUENT软件,建立毡房在风作用下的流体分析模型。建筑周围流场的绕流特性表明:由于毡房连贯流畅的流线曲面,极大地减少了风阻力。毡房表面的风压系数分布显示,在风荷载作用下,迎风面和背风面均受风压力作用;屋面整体受风吸力作用,极值出现在球冠形天窗处,且受θ角影响显著,在风荷载作用下此处有被局部掀起的可能,应对天窗处风载作用下的安全性予以重视。     

重檐歇山顶中国古建筑风压与风场数值模拟分析

运用ANSYS Fluent软件并引入Renormalization-group k-ε湍流模型,以北京天安门城楼复杂形体为对象,数值计算分析重檐歇山顶式古建筑的风压与风场特性,揭示了不同风向角下建筑风压与风场的变化规律,开展了城楼城台封闭和城台开敞、曲面斜坡屋面和直线斜坡屋面等对建筑风压和风场的影响.研究表明,风向角对建筑屋面和重檐风压分布影响显著;城台开敞可降低建筑周围整体气流流速,减小屋面和重檐的负风压;直线斜坡可降低屋面与重檐处气流速度,但将增大重檐间区域的气流速度.给出了无周边遮挡建筑物情况下重檐歇山顶古建筑的风荷载体型系数,可为此类古建筑的抗风设计提供技术参考.     

某大型机场航站楼结构风载体型系数的数值模拟

以昆明新机场航站楼工程为背景,基于Fluent软件建立计算模型,采用标准k ε 湍流模型,数值模拟结构表面风场风压,并与风洞试验结果对比,获取结构风载体型系数.分析了不同风向角下屋面风载体型系数的分布和产生机理.计算结果表明：计算流体动力学(CFD)数值模拟方法可以较为准确地反映结构表面实际风压的分布规律,但数值方法结果比风洞试验结果的绝对值略偏大;在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.根据当地风环境条件数值计算并经比较分析而获得的最不利风压分布,可应用于工程抗风的初步设计.     

檐口结构对四坡低矮房屋屋面风压影响的数值模拟研究

基于Ansys FLUENT RNGκ-ε模型,通过利用日本东京工艺大学同体型比的四坡低矮房屋表面风压进行对比分析.结果表明:数值模拟与风洞试验结果基本吻合,验证了数值模拟方法的可行性;基于此模型对檐口长度及结构形式改变对屋面平均风压展开了研究,檐口长度的变化对屋面风压分布及大小的影响较为显著;屋檐角部位置结构发生变化直接影响屋面风压分布规律,切角可以起到降低屋面平均风压作用,此结论可以为沿海低矮房屋抗风及设计提供参考.     

某低矮模型房屋实测风场和风压的相关性研究

基于台风"菲特"影响下温州某低矮房屋的环境风场实测数据及该建筑物屋盖上的风压实测数据,对于风场特性和屋盖风压特性参数进行了计算分析.分析结果表明:随着平均时距的减小,平均风速最大值增大;湍流度随着平均风速的增大呈逐渐减小的趋势;建筑物屋面及屋面屋脊边缘处的平均风压均为较大的负压且脉动较大;根据风速和风压的变化趋势可以看出,风场风速与建筑物屋盖上风压呈现明显的相关性,进而在不同的时距条件下对风场风速与屋盖风压的相关性进行了分析,发现取5min为基本时距时风速与风压的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载时取基本时距为5min更为合理.     

浅谈金属屋面建筑物的防雷设计

由金属材料作为屋面的建筑物,由于其屋面板具有与避雷网同等的接闪效果,故其防雷设计在接闪等方面与一般混凝土屋面的建筑物有所不同,针对金属屋面的特殊性来探讨其防雷设计。