下击暴流作用下工业厂房的风荷载特性研究

摘要

下击暴流是雷暴天气中下沉气流冲击地面因而对近地面区域危害较大的一种风灾。最早对下击暴流展开研究的是气象领域，随着对下击暴流极强破坏性的认识，结构风工程领域越来越多的专家学者加入了对下击暴流探索的大军。目前，国内外大多数专家学者更多关注的是下击暴流所引起的近地面强风场特征，而对于下击暴流所引起的建筑表面风荷载变化规律则相对较少。随着工业的蓬勃发展厂房结构被越来越多的运用到工业生产中，但由于厂房结构自身跨度大、自重轻、刚度小等特点决定了其抗风性较差。基于这一问题，本文以工业厂房为研究对象，利用风洞试验、大涡模拟方法（LES）、雷诺平均法（RANS）研究了在下击暴流作用下平地地形不同厂房及厂房迎风面离喷口径向距离等不同参数对厂房表面风压的影响；另外考虑到现实生产中地形及厂房体形的多样性，研究了下坡地形及连跨厂房表面风荷载特性。主要研究工作如下：
　　①采用静止型冲击射流模型对工业厂房进行了冲击射流测压试验，分别研究了厂房与喷口中心的径向距离、厂房长宽比、坡地地形及连跨等工况下厂房表面风荷载分布规律。结果表明：径向距离对厂房表面风荷载影响显著，厂房离喷口越近则表面风压越大，当距离增加到一定程度则对厂房表面风荷载影响不明显；长宽比对厂房表面风荷载影响较大，厂房长度越大对气流扩散影响越大，气流愈加紊乱，厂房表面风压反而减小，不同坡角度对厂房表面风荷载影响较小；相较于坡角，坡体的高度对风荷载影响更为显著，坡体越高则厂房表面风压越小。
　　②采用大涡模拟方法分析了平地及坡地中厂房周围气流绕流情况，研究表明不同厂房及不同地形中下击暴流扩散方式及路径较为固定，厂房的存在使得下击暴流在扩散开始阶段在厂房迎风面产生大涡漩，影响范围及强度明显较强于无厂房侧。
　　③采用大涡模拟方法及雷诺平均法对各试验工况进行数值模拟，对比风洞试验结果及数值模拟结果发现，数值模拟结果与风洞试验结果在迎风面吻合度很高，而在侧面及背风面等发生绕流的区域吻合度较差，从对流场分析发现风洞试验结果更加合理。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及现状

1.2 下击暴流风场特性

1.3 下击暴流风荷载研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 下击暴流厂房测压试验

2.1 引言

2.2 下击暴流测压试验

2.3 径向距离对不同厂房表面风压的影响

2.4 长宽比对厂房表面风压的影响

2.5 下坡地形对厂房表面风压的影响

2.6 本章小结

3 径向距离对厂房表面风荷载的影响

3.1 引言

3.2 计算模型及参数设置

3.3 建筑周围流场特性

3.4 模拟结果分析

3.5 与试验结果的对比

3.6 本章小结

4 长宽比对厂房表面风荷载的影响

4.1 引言

4.2 计算模型及参数设置

4.3 建筑周围流场特性

4.4 不同长宽比厂房表面风荷载特性分析

4.5 与试验结果的对比

4.6 本章小结

5 坡地地形及连跨厂房表面风荷载的研究

5.1 引言

5.2 计算模型及参数设置

5.3 下坡地形模拟结果分析

5.4 连跨厂房模拟结果分析

5.5 与试验结果的对比

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 硕士期间撰写的主要学术论文

B. 硕士期间参加的科研项目