下击暴流作用下低层双坡屋面建筑风荷载分布特性的数值研究

摘要

下击暴流是一种较易出现的强对流天气，因其特殊的风剖面，将对结构物产生较强的荷载作用。对于工程中常见的低层双坡屋面建筑，由于体型的特殊性以及新型材料的应用，经常遭受风力破坏导致巨大损失，特别是下击暴流作用时，由于现行抗风设计规范仍缺乏有效指导，极易出现结构破坏和倒塌。近年来，极端气候频繁出现，下击暴流造成大量结构物破坏，如何针对下击暴流作用特点，开展有关研究并指导建筑抗风设计，成为目前急需要解决的重要问题。
　　采用RNG k-ε湍流模型CFD数值分析方法，模拟研究下击暴流风场下双坡屋面建筑风荷载效应。
　　首先，结合已有试验数据验证数值模拟方法的准确性，通过模拟研究下击暴流风场下双坡屋面建筑风荷载效应并与试验数据进行对比验证，表明RNG k-ε湍流模型能较好模拟下击暴流风场的基本特征，较准确地获得建筑表面的风压荷载值。
　　其次，采用CFD数值方法模拟研究双坡屋面单体建筑风荷载效应，并侧重考虑建筑位于风暴中心及径向速度最大处(r/D=1.0)，分析屋面坡角及挑檐对建筑风荷载分布的影响;并考虑斜向风对双坡屋面建筑体型变化时各立面局部风荷载分布的影响，获取建筑立面各局部区域的风荷载体型系分布规律。结果表明，随坡角及挑檐变化时，建筑立面风压分布特性风压分布规律存在显著差异，在径向最大风速位置处(r/D=1.0)，屋面坡角或挑檐长度变化均对挑檐临近的迎风面与屋面区域风压具有显著影响，表现为屋面坡角或挑檐长度增加将导致风压增大，且挑檐影响更为明显，对其他分区影响不大;斜风向作用下，建筑局部风压发生较大变化，部分分区风压增大或减小幅度较大。
　　最后，对下击暴流风场中双坡屋面群体建筑气动干扰效应开展研究。以两幢双坡屋面建筑布局为对象，考虑纵横方向间距变化时，施扰建筑对受扰建筑各立面及屋面风压干扰作用，并深入探究风向角变化对风压干扰的影响，分析获取受扰建筑不同立面及屋面分区的风荷载干扰效应的有关规律。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 下击暴流的形成过程

1．2 下击暴流研究现状及方法

1．2．1 研宄方法及现状

1．3 本文主要研究目的

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容

第二章 数值模拟方法

2．1 控制方程

2．2 湍流封闭模式

2．2．1 单方程(Spalart-Allmaras)模型

2．2．2 双方程模型

第三章 下击暴流作用下单体双坡屋面建筑风荷载分布特性

3．1 边界条件及系数定义

3．1．1 边界条件

3．1．2 系数定义

3．2 数值方法验证

3．3 计算分析模型

3．3．1 模型及工况条件

3．3．2 结果分析

3．4 结论

第四章 下击暴流作用下双坡屋面建筑不同风向角下的风荷载分布特性

4．1．1 迎风面随风向角风荷载分布特性

4．1．2 背风面随风向角风荷载分布特性

4．1．3 侧风面随风向角风荷载分布特性

4．1．4 屋面风向角风荷载分布特性

4．2 挑檐长度及风向角对建筑立面及屋面风荷载分布影响

4．2．1 挑檐长度及风向角对建筑迎风面风荷载分布影响

4．2．2 挑檐长度及风向角对建筑背风面风荷载分布影响

4．2．3 挑檐长度及风向角对建筑侧风面风荷载分布影响

4．2．4 挑檐长度及风向角对建筑屋面风荷载分布影响

4．3 结论

第五章 下击暴流作用下双坡屋面建筑风压干扰效应的数值分析

5．1 双坡屋面建筑计算模型与网格

5．2 不同布局下迎风面与侧风面风压干扰特性

5．3 不同布局下侧风面风压干扰特性

5．4 不同布局下屋面风压干扰特性

5．6 风向变化对建筑立面及屋面风荷载分布影响特性

5．7 结论

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文