龙卷风作用下不同位置四坡屋面风荷载探究

为了探究龙卷风作用下四坡屋面风压分布规律,本文基于Ward型龙卷风发生装置,运用Realizable k-ε湍流模型对龙卷风作用下的四坡屋面风荷载特性进行探究。针对不同涡流比和风场不同位置,分析四坡屋面风压系数、周围迹线和涡量发展情况。研究结果表明:1)在四坡屋面背风面的屋脊处出现流动分离,形成逆压梯度;2)随着涡流比增大,龙卷风风场涡核半径增大,四坡屋面最大风压系数先增大后减小;3)在核心半径处的四坡屋面受到的风压最大,最容易受到破坏;4)由于迎风面对风荷载的阻挡,气流出现流动分离,在四坡屋面的侧面和背风面形成大量漩涡;5)当屋面位于两倍核心半径位置时,四坡屋面背后生成支涡与主涡相连,盘旋向上延伸,在屋面和背立面产生大量的涡量,随着屋面远离风场核心,在屋面背风面形成的支涡延伸得越长。本文研究成果可为四坡屋面结构抗风研究提供借鉴。

低层四坡屋面房屋风荷载的风洞试验与数值模拟

对低层四坡屋面房屋模型进行了风洞试验,给出了屋面平均和脉动风压系数等值线和各面体型系数的变化规律。采用计算流体力学软件FLUENT,对大气边界层中的试验模型进行了三维定常风场的数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较分析,变化规律吻合较好。在此基础上,深入研究了不同风向角下房屋屋面坡度、挑檐长度、檐口高度和长宽比对低层四坡屋面平均风压系数及各面体型系数的影响,并提出了各面体型系数的建议取值。研究结果表明:数值风洞能够较好地反映低层四坡屋面房屋的风荷载特性;各参数对屋面风压系数的影响程度各异,与风向角密切相关;屋面坡度对屋面风压分布和大小有明显的影响;四坡屋面屋脊背后容易形成较高的局部负压区域;当屋面坡度小于35°时,四坡屋面房屋迎风屋面的体型系数绝对值大于相应双坡屋面房屋。该结论和提出的体型系数建议取值为低层四坡屋面房屋的工程抗风设计提供了可靠依据。

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值模拟和分析.数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型,采用具有良好适应性的四面体网格,利用Fluent软件实现了流场的数值求解.通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现,屋面坡角和风向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响,在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐附近;屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大,迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小.在对压力分布进行分析的基础上,还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法.

龙卷风作用下四坡屋面建筑风荷载特性数值模拟研究

文章基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,采用剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型对龙卷风作用下的四坡屋面低矮建筑风荷载进行模拟研究,针对多个龙卷风方位角,分析获取不同坡角和有、无挑檐时建筑表面风压分布规律以及分区风载体型系数。结果表明:建筑背风屋面始终承受风吸力作用,并随着屋面坡角增加,风吸力不断增大;随着坡角增加,迎风屋面受荷形式由受风吸力为主转变为受风压力为主;整体来看,挑檐的存在有利于减小四坡建筑屋面的龙卷风荷载作用。

相邻低层四坡屋面房屋在风荷载下的相互干扰作用

采用数值模拟方法,结合风洞模型试验对两栋低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现k-ε湍流模型,采用了具有良好拓扑性能的非结构四面体网格,FLUENT软件实现了流场的数值求解。在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,结论可直接供工程设计参考。

攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律,基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定,运用计算流体动力学软件,选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟,将模拟结果与两者的实地观测数据对比,探讨分析数值风洞的关键技术和参数设置,验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求,设计分析模型与分析工况,在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5 m/s,7 m/s,9 m/s,11 m/s,13 m/s和15 m/s,风向角0°,15°,30°和45°以及屋面坡度25°,30°,34°,40°和45°为分析参数,对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟,得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律,提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明,风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化,风速和屋面坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。

低层四坡屋面建筑群风环境特性的数值模拟

采用数值模拟方法,结合风洞模型试验对群体低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析.数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现k-ε湍流模型,采用了具有良好拓扑性能的非结构四面体网格,运用流体软件FLUENT实现流场的求解.在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,结论可直接供工程设计参考.

低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析与实用计算

利用数值模拟和风洞模型试验,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。首先对缩尺比为1∶20的四坡屋面房屋模型(足尺为平面7.5 m×15 m,檐口高度9.6 m,挑檐长度1.5m)进行了风洞试验,再通过改变体型参数对5种屋面坡角、5种房屋高宽比和长宽比情况的屋面风压进行了数值模拟。通过对数值模拟和试验结果的分析发现,屋面坡角及房屋高宽比是影响屋面风荷载的主要因素。据此提出了屋面各分区风载体型系数的实用计算公式,并给出了计算实例,将计算结果与试验结果作了比较。结果表明,该实用公式简便准确,可直接供四坡屋面房屋抗风设计参考和应用。

四坡屋面低矮建筑风载体型系数研究

基于雷诺平均方法(RANS)和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对低矮房屋的四坡屋面风压体型系数进行了数值计算。以美国德克萨斯州理工大学的TTU(Texas Tech University)建筑模型为验证算例,求得其屋面风压分布,与其他文献的结果进行对比吻合较好,验证了所选湍流模型及其参数的合理性。基于此方法研究不同风向角下,房屋外形参数(坡角与檐口)对四坡屋面风压体型系数的分布影响,并总结出屋盖风压体型系数变化的规律,为此类建筑抗风设计提供参考。

低层四坡屋面风荷载数值模拟

结合低层建筑风荷载特性研究现状,采用流体力学软件Fluent14.5,对几何尺寸为24 m×16 m×4 m的低层四坡屋面房屋模型的风压分布规律进行数值模拟研究,最终选取变化规律与东京工艺大学风洞试验结果较吻合的重整化群k-e湍流模型进行后续研究。在此基础上,深入研究了不同风向角下低层四坡屋面坡角、风向角以及相邻房屋风致干扰对风压分布规律的影响,根据各工况下风压系数的变化,总结各因素影响规律得出:(1)较高的负平均风压系数总是出现在迎风方向的气流分离面附近,在斜风向角下,屋面屋脊局部最大风压达到极值;(2)相邻建筑干扰产生的遮挡效应和狭缝效应会使屋面风压产生复杂变化,设计时应考虑这种影响。

铁路房屋坡屋面的抗风设计研究

铁路站房、生产和生活房屋均要求采用坡屋面，但对坡屋面的形式、坡角如何采用则无规则可循，设计者通常只注重外形的美观，很少考虑其抗风能力。文章根据已有的风洞试验数据，分别对双坡、四坡屋面在不同坡角、不同风向角的屋面抗风能力进行了分析和研究，并与现行《建筑结构荷载规范》进行了对比，提出了按规范风压系数取值可能造成局部构件设计的安全隐患；风洞试验揭示最不利的风压是出现在斜风向，而不是在规范采用的0°和90°方向上，所以在进行坡屋面风载设计时应特别关注当地的主导风向；双坡屋面最佳设计坡角是在25°～30°范围内，此时双坡屋面所受到的风荷载最小，风向角在45°～90°时，双坡屋面的最大平均风压大于四坡屋面，此时应优先考虑选用四坡屋面。

门式刚架厂房多坡屋面结构设计

文章以广东杭加201-加气主生产车间钢结构项目为例,介绍了门式刚架厂房多坡屋面的具体结构设计,包括结构设计概况、刚架设计、钢斜梁及屋面次梁设计,以供参考。

北京奥林匹克篮球馆屋面工程施工技术

北京奥林匹克篮球馆屋面系统由25个四坡锥体屋面相互连接组成。施工中采取多项技术措施,克服了施工高度高、安装精度要求严格等施工难点。采用PE膜隔气层、PC隔音板和PVC卷材防水层,屋面未发生渗漏现象。

檐口结构对四坡低矮房屋屋面风压影响的数值模拟研究

基于Ansys FLUENT RNGκ-ε模型,通过利用日本东京工艺大学同体型比的四坡低矮房屋表面风压进行对比分析.结果表明:数值模拟与风洞试验结果基本吻合,验证了数值模拟方法的可行性;基于此模型对檐口长度及结构形式改变对屋面平均风压展开了研究,檐口长度的变化对屋面风压分布及大小的影响较为显著;屋檐角部位置结构发生变化直接影响屋面风压分布规律,切角可以起到降低屋面平均风压作用,此结论可以为沿海低矮房屋抗风及设计提供参考.

低层坡屋面房屋风荷载特性风洞试验研究

对低层双坡屋面和四坡屋面建筑进行了风洞试验研究,考虑了屋面形式、屋面坡度、来流方向和挑檐长度等不同因素对屋面风压分布的影响,分析了屋面平均和脉动风压系数的分布特性。结果表明,0°风向角(来流垂直吹向屋脊)、屋面坡度为30°时,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压,迎风屋面风压系数呈环状分布;屋面坡度为15°时,迎风屋面风压系数呈阶梯状分布。屋面体型系数受风向角、屋面坡度和屋面形式的影响较大:0°风向角、双坡屋面模型中,15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的2.76倍;四坡屋面模型中,15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的2.28倍;背风屋面体型系数受屋面坡度的影响较小;0°和45°风向角下,对于15°和30°屋面坡度,当屋面坡度相同,屋面形式由双坡改为四坡时,迎风屋面的体型系数绝对值有所增大,屋面更容易受力破坏,但对背风屋面的影响较小。

低矮建筑群风荷载作用下干扰效应的数值模拟

从建筑群风效应的角度出发,运用数值模拟方法,结合风洞模型试验对群体低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,并与双坡屋面建筑群做比较,在单体数值模拟计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,为群体建筑的合理建筑形式及结构抗风设计提供理论依据。