屋面材料对雪层持水量及积雪滑落的影响

为揭示屋面材料对屋面积雪滑落的影响规律,考虑混凝土、钢、膜与玻璃等常用屋面材料,对不同材料屋面上雪层的最大持水量及屋面-雪层剪切强度展开试验研究,并引入度日模型,建立屋面积雪滑落的判定方法,分析了屋面材料对屋面积雪滑落的影响。结果表明屋面积雪的最大持水量随屋面材料粗糙度的增大而增大;除玻璃外,屋面积雪滑落的临界温度也随屋面材料粗糙度的增大而增大。研究的结果为进一步探索屋面积雪滑落的机理提供重要参考依据。

我国年最大雪深概率分布的优选模型

采用我国记录时间长度大于40年的120个气象台站的年最大雪深数据,对我国年最大雪深的概率分布模型进行了统计分析。结果发现,大部分台站的年最大雪深数据更偏向于服从对数正态分布。因此,若需在全国范围内采用单一的概率分布模型对年最大雪压(或雪深)进行统计建模,对数正态分布是更佳选择。采用对数正态分布后,根据不同的拟合方法,120个台站估算得到50年一遇最大雪深(即基本雪深)较之极值I型分布的估算结果平均上升约6%到13%不等。

中、美、加、欧屋面雪荷载规范对比

陈述了我国规范与美国、加拿大和欧盟规范在雪荷载取值方面的差异.结果表明:我国规范的雪荷载计算公式过于简单,不能充分考虑各种相关因素对雪荷载的影响;我国规范规定的屋面雪荷载临界坡度在4本规范中最小;在双坡、拱形和高低屋面中,我国规范的雪荷载剖面与国外规范差异较大;最后给出对我国规范雪荷载取值规定的一些初步修改建议,为我国雪荷载规范的修订和完善提供思路和参考.

积雪漂移风洞试验与数值模拟研究中输入风速的估算

风洞试验与数值模拟是研究积雪漂移的两种主要方法,输入风速则是其中一项重要参数,其取值大小对积雪漂移量计算至关重要。为研究该输入风速的估算方法,采用黑龙江省各气象台站1981—2010年间的年最大积雪深度及其发生日的当日最大风速(伴随风速),以及部分台站的年最大风速资料,对年最大积雪深度与年最大风速最可能发生的月份进行了统计,并考察了年最大积雪深度与其伴随风速之间的相关性。以此为基础,提出可采用伴随风速的均值作为积雪漂移研究中的输入风速,并据此对黑龙江省各地区的输入风速进行了估算,估算结果表明,输入风速大约仅为当年最大风速的0.45倍。当不能获取当地风速数据时,建议可采用当地基本风速的0.45倍作为积雪漂移风洞试验与数值模拟中的输入风速。

区域频率分析在黑龙江省基本雪压估算中的应用

在极值分析中,样本量不足会导致小样本效应,这将影响分析结果,需采取适当措施予以减弱。以黑龙江省83个气象台站测得的积雪数据为例,探讨了区域频率分析方法在基本雪压估算中的应用。为此,介绍了区域频率分析的具体步骤,而后采用蒙特卡洛模拟技术,以模拟计算结果的均方根误差与偏差分布情况为基准,将区域频率分析方法与两种常用方法进行了对比。模拟结果表明,区域频率分析方法能有效提高基本雪压估算结果的准确性和稳定性,当样本数量较小时,其优势更加明显。最后给出了3种不同方案估算得到的黑龙江省基本雪压分布图,发现我国规范建议的估算方法偏于保守。

建筑雪工程学研究方法综述

建筑雪工程学系指综合物理学、地球环境学、灾害学等交叉学科,从专业角度对建筑(群)及其周围环境冬季受降雪影响进行预测及研究,以抵御由雪灾诱发建筑物倒塌事故的一门学科。从该学科中主要的三种研究方法,即实地观测、试验研究以及数值模拟为切入点对三者的发展进行梳理与深入剖析。对于实地观测,总结了国外规范中考虑风致雪漂移和热力融雪等影响因素的研究历程与相应理论模型的建立,并指出今后我国实测工作应以对足尺建筑屋面积雪特性及其演变机理为重心;通过对近年来试验研究工作的概括总结,梳理了现今试验研究的四种手段,并明确了对应试验手段相似准则的建立与参数的选取,同时指出今后在我国建立专业风雪试验的必要性;通过对CFD数值模拟方法研究进展的回顾,总结了目前数值模拟已取得的成果与存在的不足,为考虑因素全面的新数值模拟方法的发展指明方向。

基于风雪联合试验系统的风致雪漂移试验相似准则研究

风致雪漂移现象导致了建筑屋面积雪的不均匀分布,给建筑结构带来了巨大的安全隐患。风洞试验是研究风致雪漂移的主要方法之一,而相似准则是进行风洞试验的基础,文中对Kind、Iversen和Tabler提出的相似理论进行了介绍,并归类整理了目前国内外学者主要采用的相似参数,包括弗劳德数、雷诺数、时间相似参数、速度相似参数等。应用哈尔滨工业大学自主研发的风雪联合试验系统,以日本学者Oikawa完成的户外实测作为参照原型,以边长0. 5 m立方体为试验模型,人造雪作为模拟颗粒,并在充分考虑不同相似参数的特点基础上,基于优选的相似参数进行了缩尺试验。根据实测结果与缩尺试验结果对比与分析发现,应用基于跃移层质量传输率相似的相似准则所得试验结果的侵蚀区和堆积区与实测结果吻合较好,精确地还原了实测结果的积雪分布形状,且以实测原型的平均风速为标准得出的试验结果优于以实测原型的最大风速为标准的试验结果。

中外荷载规范雪荷载取值及控制影响因素对比分析

基于对当今中外荷载规范雪荷载章节的梳理,以雪荷载对应取值及控制因素的差异为视角进行了深入的对比剖析,得出各国规范体系构架存在较高相似性,均采用由地面雪荷载(基本雪压)乘上一系列用以量化计算的控制因素系数而获得屋面雪荷载值,而屋面雪荷载按作用效应又可划分为基本雪荷载、漂移雪荷载与滑落雪荷载三类,且各类别在不同规范中取值具有差别。由此建议在中国新版建筑荷载规范雪荷载章节继承完善基本雪荷载和漂移雪荷载,并补充对屋面滑落雪荷载取值规定。另外,总结了各国规范中雪荷载控制影响因素,可归为外界环境与建筑本身两大类,并依据国外规范对控制因素的考虑权重,选取影响较大且我国规范尚未考虑的因素进行详细探讨。由此建议引入考虑降雨量与坡屋顶特性的雨雪联合因素,考虑宏观地貌气候与周围环境的建筑暴露状态因素,考虑室内采暖温度与屋面热阻的建筑采暖因素及考虑屋面光滑程度的屋面材料因素,以达到优化规范体系构架的目的。

高跨为双坡屋面的高低屋面低跨平屋面积雪分布研究

高低屋面对雪荷载较为敏感,通过模型试验对高跨为双坡屋面形式的高低屋面低跨平屋面积雪分布形式进行研究。模型试验在哈尔滨工业大学自主研发的户外风雪联合系统中进行,该设备可在试验段内模拟自然降雪过程。根据高跨坡屋面坡度不同共设置4个模型,并针对每个模型进行了不同风速、不同风向下的试验研究。通过高跨为平屋面形式的高低屋面积雪分布的实测与试验结果的对比,验证了试验结果的可靠性。结果表明:风速越大,积雪分布不均匀现象愈加显著,但屋面积雪分布系数并未随风速增加而增大;高跨双坡屋面坡度对变跨处积雪分布影响显著,高跨为60°双坡屋面,迎风向3 m/s风速时变跨处积雪分布系数最大值达到7. 9,超出欧洲EU规范取值。

基于规范对比的女儿墙屋面雪荷载实测分析

在女儿墙屋面雪荷载计算时,日本、美国及欧洲规范中充分考虑了风场对完全暴露屋面雪荷载的侵蚀作用、风力对积雪的搬运作用、上游积雪宽度对下游阻碍物处堆雪量的补充作用和降雪量对堆雪的补充作用。除此之外,也引入了室内采暖、雨雪联合等因素来更真实地实现对屋面雪荷载的估算。相较之下,我国规范仅考虑女儿墙高度的影响。故基于对带女儿墙屋面积雪分布的多年实测结果,参考国外规范中的影响因素,对哈尔滨地区女儿墙屋面积雪分布特征进行了分析。结果显示:风场作用下,积雪会更多地堆积于迎风向女儿墙处;随着上游屋面宽度增加,下游迎风向女儿墙处漂移积雪的峰值深度存在递增趋势,且随着风速增加,搬移堆积作用会增强;上游屋面宽度和地面降雪量对女儿墙处峰值雪深有较大影响,风速对于峰值雪深的影响依赖于地面降雪量,降雪越大,风速的影响越大,反之减小;女儿墙处堆雪长度与女儿墙高度比值多维持在3. 75左右,建议我国规范中堆雪长度与女儿墙高度比值取4. 0。