低矮双坡屋面房屋风干扰效应的数值模拟分析

采用CFD数值模拟方法探讨了常见的两栋相同的双坡屋面轻钢厂房前后布置时,在不同距离不同风向角下其屋面风压的变化及影响,并与单体工况比较,获得了群体效应下低矮双坡屋面房屋的屋面风压的分布规律和特性.本文的研究可供门式钢架厂房群体建筑的抗风设计作参考.     

数值风洞的工业厂房屋面体形系数分析

结合低层工业厂房风荷载及抗风性能的研究,采用基于计算流体动力学技术的数值风洞方法,应用Fluent软件中的Spalart-Allmaras湍流模型,对不同高度厂房周围的风场和表面风压进行了数值模拟,得出屋面风压分布、风载体形系数以及整体结构表面的风压分布.分析了厂房高度对屋面风压分布和体形系数的影响,对不同高度封闭性厂房结构风灾作用后的受损部位进行分析.研究表明,侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏;在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏;侧面和背面的负压力较小,不容易产生破坏.     

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.     

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.     

风特性参数对低矮房屋屋面局部风压影响的数值分析

为获取低矮房屋屋面局部风压的分布规律,对体型比为1.5∶1∶1的双坡低矮房屋屋面划分若干典型区域并进行数值模拟研究.数值结果与风洞试验结果对比表明:2种研究手段分析结果吻合较好,验证了数值模拟技术在分析低矮房屋表面风压方面的可靠性.基于数值模拟,研究了不同风特性参数对低矮房屋屋面局部区域体型系数分布规律的影响,分析结果表明:来流风向对屋面各区域体型系数的影响是整体性的,且表现出一定规律性;湍流度对屋面各局部区域体型系数的影响不一,对迎风屋面前缘区域影响较大;风速对屋面局部区域体型系数影响较小.本文结论可为我国沿海多发台风地区低矮房屋抗台风设计提供依据.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

低层双坡屋面风压标准k-ε模型模拟研究

基于fluent 6.3标准k-ε模型对我国沿海地区常见的低层双坡房屋屋面表面风压进行数值模拟,研究了不同风向角(α=0°,45°,90°)、不同屋面坡角(H=0°,18°,34°,45°)、有无挑檐3种因素影响下屋面的风压分布情况。结果表明:各参数对屋面风压的影响程度不同,风向角决定了屋面风压的整体布局,坡角对屋面风压分布的影响是整体性的,挑檐则只有局部性的影响。双坡屋面的局部风压峰值一般出现在迎风屋檐或屋脊附近,其值与屋面的坡度及风向角相关。在不同风向角下屋面坡度在18°～34°时,屋面风压值及其变化较小。该模拟分析方法克服了风洞试验存在的费用高、周期长、缩尺比影响大等缺点,可以更方便地辅助低层双坡房屋抗风设计。     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用SSTk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.     

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.     

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.