不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

基于FDS风速条件下木结构建筑火灾数值模拟

本文运用FDS软件对防火墙高于屋面0.4m的木结构建筑燃烧过程进行数值模拟,得到在不同风速情况下,相邻4.0m同规模建筑屋面260℃高温区域的分布情况。

不同风速条件下村镇木结构建筑防火间距的数值模拟研究

目的 探究风速对木结构建筑防火间距的影响规律,为我国村镇木结构建筑火灾防治提供参考。方法 采用PyroSim火灾动态模拟软件对西南地区典型穿斗式木结构建筑的火灾发展过程进行数值模拟,探索不同风速条件下的温度、热辐射通量密度的变化规律,揭示风速对木结构建筑防火间距的影响规律。结果 数值模拟计算结果表明:当燃烧时间为600 s时,木结构建筑进入燃烧充分发展阶段,且起火房间上方处的温度和热辐射通量密度值最高。木结构建筑防火间距随着风速的增加而增加,且在风速为4 m/s时出现极大值;当风速高于4 m/s时,热量加剧扩散并导致防火间距出现降低的趋势;对于采用不同品种建筑木材建造的木结构建筑,当风速为0~5 m/s时,数值模拟计算的木结构建筑防火间距值为4.24~8.22 m。结论 综合考虑地形、地势以及大气环境等不确定因素的影响,西南地区村镇木结构建筑的防火间距应大于12 m。

抬梁式空间木结构古建筑有限元建模方法

基于空间抬梁式木结构古建筑拟静力试验结果,以榫卯缝隙、摩擦系数及屋顶存在与否为变量,构建六组有限元数值模型,探讨这些变量对模型精度的影响.研究结果表明:所建立的数值模型能够准确模拟结构在加载过程中的变形特性;结构滞回曲线为反“S”形,具有明显的“捏缩效应”,与木结构的实际耗能特征相符;在受力性能方面,燕尾榫节点之间的缝隙会降低结构的承载力;结构的承载力和刚度随摩擦系数的增大而增大;提出的两种屋顶简化方法使结构的承载力分别增加20%和60%.通过对比明确了抬梁式空间木结构数值模拟中影响其精度的关键因素,为后续木结构数值模型的建立与修正提供了重要的参考依据.

高层建筑结构随机风速场的数值模拟及风振控制

基于Davenport脉动风速谱,并考虑竖向相关性、平稳性的多变量随机过程,采用经过快速傅里叶变换算法改进的谐波叠加法对高层建筑结构进行脉动风速时程模拟,生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速功率谱密度函数。以76层306 m高钢筋混凝土结构风振Benchmark模型为研究对象,通过改进的谐波叠加法得出了结构在模拟脉动风荷载作用下的被动TMD控制和主动LQG控制的控制结果。研究结果表明:经过快速傅里叶变换算法改进的谐波叠加法具有很高的计算精度和效率。

藏式古建筑木结构损伤识别的数值模拟

为保护藏式古建筑木结构,针对实际中众多结构存在的梁、柱构件损伤问题进行了损伤识别理论的研究。基于实地勘查结果,对梁、柱构件的残损类型和残损机理进行了汇总和分析。以某典型藏式古建筑多层梁柱排架结构为损伤识别对象,在建立其有限元模型的基础上,采用振动响应灵敏度损伤识别方法对该结构梁、柱构件的3种不同损伤状态进行了数值模拟识别。为了模拟古建筑结构构件之间物理参数离散性大的特点,给每个构件的弹性模量添加了随机误差。识别时,为了减小离散的物理参数对结果收敛性和准确性的影响,采用修正的正则化方法求解识别方程。结果表明,该方法可以克服测量噪声的影响,准确识别出藏式古建筑木结构梁、柱构件的损伤,为该类型结构实际的损伤识别提供了理论依据。

西北传统木结构民居建筑火灾数值模拟研究

针对当前传统聚落中木结构居民建筑火灾频发现象,尤其在预警环节缺失和扑救过程盲目等问题上缺少科学高效的应对措施,提出通过精确测绘保护对象与火灾数值模拟相结合的分析方法。将传统聚落中重点保护木结构建筑进行分类测绘,在获取基础数据上分析其结构特点和建筑材料性能,以西北地区具有代表性的青城古镇文物保护单位罗家大院为研究对象,通过火灾动力学仿真软件进行火灾动态数值模拟分析,掌握建筑空间中热释放速率、烟气扩散、温度场、能见度等传播规律,进而得出性能化防火设计策略。仿真结果表明,所采用方法可以真实预判传统村落木结构民居建筑火灾的发生与演变过程,为消防扑救提供有效应对策略,有利于传统木结构建筑保护工作。

基于FDS的高层住宅建筑火灾数值模拟分析

以单元式高层住宅建筑为研究对象,本文应用FDS软件对其火灾烟气特性进行数值模拟计算,得到了单元式高层住宅建筑火灾烟气蔓延速率、可见度、有害气体浓度、火场温度等火灾烟气特性变化规律。计算结果表明:火灾发生60 s时,火场环境适宜人员疏散逃生;360 s时,火灾烟气对人员疏散逃生造成威胁。数值模拟结果可为单元式高层住宅建筑防火设计及人员疏散逃生方案提供理论参考。

建筑火灾烟气中CO迁移规律的FDS模拟

以T型"侧间-走廊"典型建筑火灾为模拟对象,分析烟气在走廊中的水平和垂直流动特征,并对火源房门高低、走廊端头启闭和多房门启闭等场景使用火灾模拟软件(FDS)进行了模拟和远距离房间CO浓度的迁移规律的分析。结果表明:烟气从火源房间经拱腹溢出在走廊中形成受限空间的顶棚射流;门檐高度决定了CO能够在走廊中的迁移量;烟气在走廊远距离封闭端头形成上部的热烟气层,中部回流层和下层的补气层;其中中部烟气回流层的高低、流速和CO浓度是影响临近非火源房间CO浓度的重要因素。走廊启闭和多房门火灾场景的模拟结果也进一步证明了CO的迁移规律。

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用Pyrosim软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和CO、CO_(2)浓度动态分布情况等。结果表明:不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值1 000℃,CO、CO_(2)浓度亦均达最值,且在垂直高度1.67 m处能见度下降速率达到峰值,人员需在2 min内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。

城市高层建筑群形态对风能利用的数值研究

针对城市建筑物群风能应用问题,对不同密度的4×4矩形截面高层建筑群周围风能聚集效应开展研究,分析了不同城市高层建筑群密度下A类风力发电机最佳安装位置。结果表明:城市密度在λ_(p)=0.33时,加速效应最为明显,最大风速出现在第一排建筑区域建筑高度附近;不同城市密度下,第一排建筑通道处和屋顶前部处拥有较大的风功率密度和可接受的湍流强度,可优先考虑第一排建筑的通道处和第一排建筑的屋顶布置风力发电机,以此来获得最大的风力势能。

台风区建筑结构风荷载数值模拟分析

超高层建筑和大跨结构对风荷载非常敏感,通常在结构设计中会成为主控荷载。我国沿海地区的年最大风速是由台风引起,基本风速是结构抗风设计的最主要设计参量,它的推断依赖于长期的准确近地风观测资料。过去台风观测资料较少,现采用Monte-Carlo模拟台风,可以弥补这一缺陷。文章应用Yan Meng风场模型并结合台风危险性分析方法,推算得到沿海重点城市上海地区在重现期为50 a1、00 a和200 a的最大极值风速。

基于FDS的办公楼火灾数值模拟分析

针对烟气在多层建筑中的蔓延情况进行研究。利用FDS软件,对某三层办公楼进行火灾数值模拟。依据最不利原则,针对自然排烟时单室开窗和不开窗两种情况,各设置三个火源位置在不同楼层的工况进行模拟与分析,对着火房间和走廊的温度以及二氧化碳、一氧化碳和氧气浓度等多个方面进行观测,与人能承受的“忍耐值”进行比较,提出最佳逃生的安全时间和保证人员安全的疏散路径。

针对连片木结构房屋火灾的计算机数值模拟

针对少数民族村寨连片木结构房屋,利用火灾动力学仿真软件Fire Dynamics Simulation(FDS),对连片木结构房屋火灾的蔓延过程进行三维数值模拟,分析火蔓延中各种参数的时空分布变化,并对计算的结果进行可视化输出。希望藉由FDS软件来仿真当发生火灾时,整个火灾蔓延的过程包括:房屋内部烟雾的流向、温度的分布、最大热释放速率,进而为连片木结构房屋的防火设计提供参考依据。

轻型木结构剪力墙保温性能测试与分析

以国内首栋六层梁柱框架-轻型木结构剪力墙——山东鼎驰木业有限公司研发大楼为研究对象,对其一楼质检部墙体A与二楼仓库墙体B的传热系数进行测定分析。热流计分别呈横向与纵向布置,分别采取空调加热和电暖器加热,测试不同部位墙体的保温隔热性能;参照标准GB 50176—2016计算墙体理论传热系数;采用Abaqus软件对墙体传热系数进行模拟并对墙体内部温度与热流密度分布展开分析。研究结果表明:墙体A(横向)与墙体A(纵向)的平均传热系数分别为0.463、0.465 W/(m^(2)·K),墙体B的平均传热系数为0.374 W/(m^(2)·K),均达到了寒冷地区甲类公共建筑外墙标准;各测点传热系数实测值有一定差异,墙体保温性能不均匀,受施工条件与结构形式影响较大;墙体传热系数的理论结果与数值模拟结果分别为0.238 W/(m^(2)·K)和0.233 W/(m^(2)·K);保温层墙骨柱区域热流密度相比于保温棉区域显著提高,墙骨柱处易形成热桥,导致热流量和传热系数大幅上升,保温隔热性能下降。

古建筑木结构加固方法研究

中国古建筑以木结构为主,具有悠久的历史和文化价值,保护意义重大。本文作者根据木结构古建筑特点,讨论了木结构的不同破坏症状,如开裂、糟朽、挠度及拔榫等。在此基础上,主要讨论了木构件的各种加固方法,如采用墩接法加固柱根,采用嵌补法加固开裂构件,采用铁件加固法加固榫卯节点或裂缝较大构件,采用支顶加固法改善木梁弯曲受力状况,采用化学加固法对结构进行防腐加固,采用FRP法加固梁、柱及榫卯节点等。最后,结合工程实际,对几种常用的加固方法进行数值模拟分析,获得了加固前后的结构内力及变形数据,得出了对于不同的破坏类型,采取适当的加固方法均可有效提高木结构受力性能的结论。随着科技发展,更经济、有效的加固方法将用于古建筑木结构保护中。

出口风速对防烟空气幕防烟效果影响的数值模拟

本文利用火灾模拟软件FDS,以四川消防研究所高层实验塔二层为原型,建立模型研究了防烟空气幕防烟空气幕出口风速对高层建筑前室烟气运动的影响,试验中在前室内设置18个测点,测定前室内的温度、CO浓度及能见度变化情况,试验结果表明:当风速<1m/s时,前室内各测点处各参数变化情况与无风幕时基本相同,防烟效果不明显,风速>2.5m/s时,随着出口风速的增加,前室内各测点处温度、CO浓度降低,能见度增加,烟气蔓延途径由前室上部逐渐变为前室下部,且前室门处0.2m、1.25m高度处测点处各参数值瞬间波动很大,综合考虑防烟的有效性及经济性,认为防烟空气幕的最佳运行风速应为2.5m/s～3.5m/s。

在建多层建筑火灾数值模拟分析

以某大学在建学生宿舍为研究对象,分析火灾事故的风险因素,结合燃烧火灾特征,利用FDS对室外保温材料起火、室内木板材料起火、储存在室内的保温材料起火的火灾场景进行模拟,得到火灾特征参数值的变化规律。结果表明:外墙保温板燃烧时,高温会引燃室内堆积的可燃物,发生二次燃烧;木模板燃烧时,烟气迅速充满整栋建筑,短时间内CO体积分数达到危险临界值。对比木模板与保温板火灾模拟结果发现,相同环境下,木模板燃烧的危险性更大。

某绿色建筑风环境数值模拟分析

以青岛某绿色建筑项目为例,分析了室外风环境对人生活及环境的影响。通过查阅有关青岛地区典型气象年的参数确定了3种模拟工况,根据k-ε湍流模型的控制方程及当地地形条件、基本风速和所在高度等因素,模拟出该位置的平均风速及压力差。通过对各项风环境指标的分析,得出结论:冬、夏两季建筑1.5m高度处人行区域的风速均低于5m/s,气流较平缓,符合行人舒适性,对于风速较高的迎风面转角和风通道处,可以通过在该区域种植植被来降低该区域的风速。建筑物表面压力差小于5Pa,有利于夏季通风并且符合冬季防风要求。该项目达到中国绿色建筑评价的标准,可以为今后绿色建筑规划建筑设计提供参考。

在建高层建筑火灾数值模拟分析

以在建高层建筑为研究对象,设置不同施工阶段的火灾场景,利用FDS分析发生火灾时不同场景下在建高层建筑火灾温度、CO浓度、能见度等特征值的变化规律。结果表明:可燃材料特性不同,其燃烧危害程度就不同,应重点加强装饰装修阶段的控制;通风风速增加使火灾热释放速率逐渐增加,达到一定值后,一定程度的通风可使CO浓度降低;当火源附近有遮挡结构时热量更容易集聚,热释放速率更大。