双坡工业厂房屋盖风致干扰效应研究

摘要

随着工业产品的需求和建筑工艺技术的进步，新建厂房的跨度越来越大，而且现今的厂房建设大多数是成群地出现，其风致干扰效应对屋盖表面风荷载特性产生重要影响。为此，本文以双坡工业厂房为研究对象，采用数值模拟方法对屋盖表面的风致干扰效应进行系统研究，主要研究内容如下: 首先，针对SSB（西尔斯结构实验楼）标模进行了不同网格划分类型和不同湍流模型的数值模拟对比，并将得到的数据与实测数据相比较，选取适合本文大跨建筑屋盖分离流动的网格划分类型和湍流模型。研究表明，采用多流域非结构化网格可得到较为精确的模拟结果，RNGk-ε湍流模型配合标准壁面函数可预测分离流动。 其次，基于上述分析结果，采用FLUENT软件分析了多个几何参数（屋倾角、长宽比、高跨比）以及风向角对工业厂房屋盖风压分布的影响。研究结果表明，在倾角小于15°的情况下，屋盖倾角对屋盖整体分压分布影响不大，但对局部位置，如屋檐和屋脊，有较大影响;长宽比达到临界值2.5时，屋盖整体风压分布变化趋势平缓，直至无变化;高跨比达到0.7时，屋盖整体风压分布可取得最大值，表明此时为最不利工况。此外，风向角是影响屋盖平均风压特性的主要因素，对于大跨屋盖整体分布而言，0°风向角为最不利工况。 最后，本文选择一标准模型，进行了两栋同尺建筑在不同间距串列排布的干扰影响分析，以及在固定间距前提下进行两栋非同尺建筑串列排布、三栋同尺建筑串列排布和四栋建筑轴对称排布时的干扰效应分析。研究结果表明，干扰效应存在临界风向角αcri和临界干扰建筑Scri;当风向角α＜αcri时，干扰效应多为削弱作用，α＞αcri时干扰效应表现为增强作用;当建筑间距小于临界干扰建筑时，串列排布的施扰建筑的干扰增强效应可产生叠加效果，而错列排布的施扰建筑则对干扰增强效应有抑制作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 建筑风荷载特性及干扰效应研究现状

1．2．1 风压特性常用研究方法

1．2．2 低矮双坡建筑风压特性及干扰效应研究现状

1．2．3 大跨度屋盖风压分布特性及干扰效应研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 CFD数值模拟技术

2．1 风工程基础理论

2．1．1 大气边界层与平均风速剖面

2．1．2 基本风速、基本风压及风荷载表述

2．1．3 湍流强度与湍流积分尺度

2．2 计算流体力学控制方程

2．2．1 连续方程

2．2．2 动量方程

2．2．3 能量守恒方程

2．2．4 纳维—斯托克斯方程

2．3 湍流数值模拟方法与近壁面湍流处理方法

2．3．1 湍流模型概述

2．3．2 标准k-ε模型

2．3．3 RNG k-ε模型

2．3．4 Realizable k-ε模型

2．3．5 SST k-ω模型

2．3．6 雷诺应力模型(RSM模型)

2．3．7 大涡模拟(LES)

2．3．8 近壁区问题处理

2．4 雷诺时均N-S方程

2．5 关键参数设置

2．5．1 网格类型的选择

2．5．2 湍流模型对比

2．5．3 雷诺数对风压系数的影响

2．6 本章小结

第3章 单栋单跨双坡厂房风荷载特性分析

3．1 前言

3．2 数值模型与几何参数

3．3 单栋厂房数值模拟

3．3．1 屋盖倾角对风压特性的影响

3．3．2 风向角对屋盖风压特性的影响

3．3．3 长宽比与高跨比对屋盖风压特性的影响

3．4 本章小结

第4章 多栋单跨双坡厂房干扰特性分析

4．1 前言

4．2 计算模型及关键参数定义

4．3 两栋同尺厂房干扰效应

4．4 两栋非同尺厂房干扰效应

4．5 三栋同尺厂房干扰效应

4．6 四栋同尺厂房干扰效应

4．7 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录