低层四坡屋面房屋风特性及相互干扰的数值模拟

摘要

我国沿海地区台风活动频繁.台风经常造成大量建筑物,特别是量大面广的低层坡屋面单体与群体房屋的损伤甚至破坏.如何较全面地掌握这类房屋的风压分布规律以及相邻房屋之间的相互气流干扰,以便提出有效的抗风措施十分必要.本文采用数值模拟方法探讨低层四坡屋面单体与群体建筑的表面风压分布特性及相互气流影响.本文在总结前人主要研究成果的基础上,首先建立了以平均Navier-Stokes方程和κ-ε湍流模型为基础的湍流流动基本方程及数值离散与求解方法.然后,对一低层四坡屋面房屋模型进行了实例计算,将计算结果与风洞试验结果作了比较,验证了数值模拟的正确性和有效性;同时对两种湍流模型:标准κ-ε模型和可实现κ-ε模型的模拟效果进行了比较和分析.在此基础上通过对不同坡角房屋在不同风向角下的屋面风压及由此得到的风载体型系数的分析和归纳,获得了低层四坡屋面房屋在不同风向角下的屋面风载体型系数的实用计算公式.该实用公式可直接供单体四坡屋面房屋抗风设计参考和应用.接下来,对两栋几何外形相同的四坡屋面房屋在不同风向角、不同排列形式和不同间距下的风压分布、湍流特性等进行了详尽的数值模拟分析,得到了屋面各分区的平均风压干扰因子变化规律以及不同间距的中心竖直剖面和2/3高度处的水平剖面风特性(平均风压、风速、湍流动能)的变化规律,并与单体建筑的计算结果进行了比较.最后,对六幢四坡屋面房屋组成的建筑群的周围风场及表面风压进行了数值模拟,获得了群体效应下低层四坡屋面房屋表面风压的分布规律和特征.本文的研究可以为低层四坡屋面单体与群体建筑的抗风设计提供参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2低层坡房屋房屋风荷载特性的研究现状

1.2.1概述

1.2.2主要研究方法

1.2.3研究成果

1.3数值模拟研究风工程的研究现状与成果

1.3.1网格生成技术的发展

1.3.2湍流的计算流体力学模型

1.3.3计算方法

1.3.4计算风工程的困难

1.4建筑群相互影响的研究历史和现状

1.4.1研究历史

1.4.2研究现状

1.4.3低矮建筑群的研究现状

1.5本文研究的主要内容

第二章数值方法及湍流模型

2.1基本控制方程及数值方法

2.1.1湍流现象概述

2.1.2基本控制方程

2.2 Reynolds时均方程和湍流模型

2.2.1湍流流动的Reynolds时均方程

2.2.2湍流封闭模型

2.2.3控制微分方程的离散化

2.2.4离散化方程的求解

第三章低层单体四坡屋面房屋表面风压的模拟计算

3.1引言

3.2计算模型

3.3不同坡角和风向角下的风压分布

3.4屋面风载体型系数

3.5实用计算公式

3.6本章小结

第四章两栋低层四坡屋面在风荷载下的相互影响作用

4.1引言

4.2计算模型

4.3平均风压变化规律

4.3.1施扰建筑在受扰建筑上风前方

4.3.2施扰建筑在受扰建筑下风后方

4.4两栋建筑的风特性分析

4.4.1两栋建筑串列的情况

4.4.2两栋建筑并列的情况

4.4.3交错布置的情况

4.5本章小结

第五章低层四坡屋面建筑群在风荷载下的相互影响作用

5.1引言

5.2计算模型

5.3风速矢量(流线)模拟结果

5.4四坡屋面表面风压模拟结果

5.5水平剖面风特性模拟结果分析

5.6本章小结

第六章本文总结

6.1本文工作总结

6.2本文不足及改进

参考文献

致谢