平面L形低矮房屋平均风压分布特性数值模拟

基于大气边界层基本理论和流体动力学基本原理,采用FLUENT软件对平面L形低矮房屋风压分布特性进行了数值模拟研究。将数值计算结果与风洞试验结果对比分析,结果吻合良好,表明数值模拟方法是合理可行的。通过数值模拟,详细分析了风向角、屋面坡度、房屋翼长、檐口高度和屋面形式等参数对平面L形低矮房屋外表面平均风压系数分布规律及体型系数的影响。结果表明:风向角与屋面坡度是影响屋面的风压系数分布与体型系数的最主要因素;最不利负压的位置随风向角的改变而不断变化,但往往出现在迎风屋面屋脊及屋檐区域;迎风屋面最不利负压随屋面坡度的增加逐渐减小,背风屋面风压系数分布相对均匀;四坡屋面阳屋脊较多,其背风区往往形成高负压区,这些区域更容易遭受风灾破坏。     

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。     

阻尼耗能抗风装置对低矮双坡屋面风压影响研究

采用阻尼耗能抗风装置以减小强风对低矮双坡房屋的破坏,对无耗能抗风装置、设置有女儿墙及耗能抗风装置和仅有女儿墙3种屋面的村镇低矮房屋进行了风洞试验,以研究阻尼耗能抗风装置对低矮双坡屋面风压的影响。试验结果表明:耗能抗风装置对减小屋面的最不利负压效果明显,迎风屋面为主要破坏区域,如屋脊附近处、屋面与山墙接触边缘处等,平均负风压系数绝对值减小幅度可达50%;耗能抗风装置对于背风屋面的风压影响也较明显,平均负风压系数绝对值减小幅度最多可达15%。采用有限元软件对风场中低矮双坡屋面的风压进行了数值模拟,得到的屋面风压分布规律与风洞试验结果一致。     

低矮房屋屋面局部平均风压数值模拟与分析

为获得低矮房屋屋面局部平均风压的分布规律,将体型比为1.5∶1∶1的低矮房屋屋面划分成若干典型区域并进行数值模拟研究。数值模拟结果与风洞试验结果对比表明,采用两种研究手段分析的结果吻合较好,从而验证了数值模拟技术在分析低矮房屋表面风压的可靠性。基于数值模拟,分析了七类不同屋面坡角低矮房屋在典型风向角下屋面局部区域平均风压的分布规律。结果表明:屋面局部平均风压随风向角改变而变化明显,且表现出一定的规律性;0°风向角下,靠山墙B,E区域形成局部高吸力区;60°风向角下,迎风屋檐A区及屋角J区测点平均风压系数随坡角的增大有明显递减趋势,屋脊C,D区测点平均风压系数随坡角的增大呈现出先增大后递减的趋势;90°风向角下,迎风屋檐A区及屋角J区各测点平均风压在45°坡角时均为正压。研究结果可为我国沿海多发台风地区低矮房屋的抗台风设计提供依据。     

低矮建筑双坡屋盖易损区极值风压特性试验研究

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角及坡角为变量,针对双坡低矮建筑屋面易损区极值风压特性展开风洞试验研究。基于风压时程概率密度、偏度及峰度,对低矮建筑屋面风压高斯区与非高斯区划分进行了研究。采用Wang法、Quan法及峰值因子法对比分析了屋面风压极值估计误差,并研究了低矮建筑屋面迎风屋檐、屋脊及角部局部区域的分区阵风系数变化规律。结果表明:屋面坡角影响屋面风压高斯与非高斯分布明显。Wang法较适用于低矮建筑屋面风压极值估计。风向角对45°坡角屋面局部风压阵风系数影响较明显。9. 6°,30°坡角房屋局部区域阵风系数规范取值明显小于试验值。     

低矮房屋迎风屋面局部风压特性研究

基于尺寸比为1.5:1:1(长:宽:高)的低矮房屋的风洞试验数据,分析了9类不同坡角的低矮房屋在5个不同风向的风场环境下,迎风屋面屋檐、屋脊等局部区域测点的平均、脉动及峰值风压系数.通过对比低矮房屋在不同坡角、不同风向作用下屋面的风压变化规律,总结了坡角及风向对低矮房屋屋面局部风压的影响规律.结果表明,低矮房屋在45....     

罩棚影响低矮建筑局部极值风压试验研究

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角和屋面坡角为变量,针对单体低矮建筑及罩棚与低矮建筑组合而成的罩棚式低矮建筑的屋面局部极值风压展开风洞试验研究,深入探讨罩棚结构对与之配套的低矮建筑屋面迎风屋檐、屋脊及角部局部测点极值风压系数差的影响。结果表明:在垂直屋脊来流风向(风向角0°)下罩棚对低矮建筑迎风屋檐处测点极小值风压系数差的影响随着屋面坡角的增大而减小;随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域测点极大值、极小值风压系数差受罩棚的影响增大,且45°风向角下达到最大;当来流风向平行于屋檐方向(风向角90°)时,随着屋面坡角的变化,罩棚结构对低矮房屋迎风屋檐、屋脊、角部等局部易损区测点极大值、极小值风压系数差的影响最小。屋面坡角为45°时,随着风向角的改变,屋面局部测点极小值风压系数差受罩棚的影响较其他屋面坡角的小。     

湍流积分尺度影响低矮房屋屋面风压特性风洞试验研究

采用缩尺比为1∶20的双坡屋面低矮房屋风洞试验刚性模型,以湍流积分尺度为变量,研究湍流积分尺度影响低矮房屋屋面局部区域平均、脉动、极值风压分布特征和变化规律。研究发现,湍流积分尺度的改变对平均风压系数影响不明显,对脉动、极值风压系数影响较大,且随湍流积分尺度的增大,屋面测点脉动、极值风压系数绝对值增大。当来流垂直于屋面长边时,在迎风屋面,距迎风屋檐越远,平均风压系数绝对值越小,山墙和角部区域脉动风压系数越小,而迎风屋面中心区域脉动风压系数越大。在背风屋面,远离屋脊测点的平均、脉动风压系数绝对值逐渐越小。双坡屋面低矮房屋在迎风屋檐及山墙区域风压相对较大,这些局部区域在强风作用下更易受到破坏。     

罩棚结构对低矮建筑局部风载影响规律试验

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角及屋面坡角为变量,针对单体低矮建筑及罩棚与低矮建筑组合而成的罩棚式低矮建筑屋面局部风载展开风洞试验研究,采用风压系数差深入探讨B类地貌下罩棚结构对配套低矮建筑屋面迎风屋沿、屋脊及屋面角部等局部测点风压影响变化规律。结果表明:不同风向下罩棚对低矮建筑迎风屋沿处风压的影响随着屋面坡角的增大而减小,对背风屋面各分区的影响较小。随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域受罩棚影响呈增大趋势。45°斜风向下,平屋面(β=0°)迎风屋沿测点6风压系数变化最大,风压系数差为-2.01。当来流平行于屋沿方向时,罩棚结构对迎风屋沿、屋脊、屋面角部等易损区的风压系数随坡角的变化影响最小。     

典型低矮双坡房屋抗风措施的数值模拟研究

基于Fluent15.0软件平台,采用RNG k-ε湍流模型对广东沿海地区中一类典型的低矮双坡房屋屋面平均风压分布进行了数值模拟,研究了广东沿海地区典型存在的屋脊与厝头两种措施对屋面平均风压的影响。首先,把数值模拟结果和风洞试验进行对比,用来说明本文所选用的RNG k-ε湍流模型及参数设置的合理与适用。进一步分析了不同屋脊高度下屋面平均风压的变化,同时考虑在屋面上同时布置屋脊和厝头屋面平均风压的变化规律。结果表明,不同屋脊高度对屋面平均风压的影响与风向角有关,而且当风垂直作用于屋脊时,其影响作最大的,当风向与屋脊平行时,影响较小。在屋面布置屋脊和厝头以后能够使屋面的前后屋面交界处以及屋面和山墙的交界处的流体分离发生变化,整个屋面负压绝对值减少;该研究成果可以为我国沿海受台风影响地区的低矮双坡房屋提供抗风措施的参考。     

强台风“黑格比”作用下低矮房屋风压特性

根据强台风"黑格比"登陆过程近地风场的实测结果及实测房屋表面测点在强台风登陆全过程监测获取的风压数据,分析了低矮房屋迎风屋面屋沿局部测点的平均、脉动及极值风压系数的变化规律,总结了其对应风场状况下的屋面体型系数。同时,利用等压线图分析了6种风场下的屋面平均、脉动及极值风压系数的分布规律。结果表明:在接近强台风"黑格比"风眼区域,由于明显交替变化的上升及下沉气流,导致低矮房屋迎风屋面屋沿及角部等局部区域形成强大的吸力及高压区,迎风屋面最小、最大体型系数值分别达到了-6.56、3.42;屋沿各测点风压谱相互吻合较好,当频率达到4Hz后,谱能急剧下降;迎风墙面测点在3/4墙高处压力最大,背风墙面各测点风压值基本一致,湍流积分尺度对平均风压系数的影响不大,但脉动风压系数和峰值风压系数随湍流积分尺度的增大而增大。     

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。     

开洞低矮房屋屋面平均内外风压数值模拟

为研究开洞低矮房屋在台风环境下的破坏机理,基于ANSYS软件采用SST k-ω湍流模型对低矮房屋封闭、单一洞口的屋面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,与全尺模型实测及风洞试验结果对比表明:数值模拟结果与实测及风洞试验结果基本吻合,验证了采用SSTk-ω湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性;湍流度对平均内风压系数的影响随开洞位置不同而不同,屋顶开洞时,随着湍流度的增大,平均内风压系数的绝对值变小,屋面平均净风压系数增大;屋沿开洞时,随着湍流度的增大,平均内风压系数的绝对值增大,但平均净风压系数的变化不大;风向角对整体屋面平均内风压系数的影响显著,尤其是在开洞边缘区和迎风角部区域。     

球形屋面风压系数风洞试验研究

对5个小矢跨比球形屋面进行了刚性模型测压风洞试验,研究其平均风压系数和风压极值分布,并与中国、日本和美国规范进行了对比。试验结果表明:矢跨比对球形屋面平均风压系数的分布影响显著,当矢跨比较大时,迎风区出现正压,最大负压出现在屋面顶部;而当矢跨比较小时,整个屋面均为负压,最大负压分别出现在屋面迎风前缘和屋面顶部,且常常前者幅值大于后者。各国规范与风洞试验的对比结果表明:对于屋面大部分区域,中国规范的规定值总体偏于保守,对小矢跨比球形屋面的迎风区域负压值估计不足;球形屋面出现较大的负压极值风压系数,极值风压系数在屋面的大部分中间区域的变化梯度小,而在屋面边缘位置的变化梯度大。基于风洞试验结果,给出了屋面分区平均风压系数和极值风压系数建议值。     

落地四坡野营房屋风压分布特性及体型优化研究

为研究落地四坡野营房屋的风压分布特性和合理气动外形,结合我国野营房屋目前使用情况和功能要求,设计出27种计算模型.基于流体动力学和大气边界层基本原理,采用流体动力学分析方法,运用FLUENT有限元分析软件,结合风洞试验结果,分析与探讨网格类型及划分方法、离散格式、计算方法及湍流模型等关键技术和参数,建立落地四坡房屋的数值风洞.以落地坡角、屋面坡角、高宽比和风向角为分析参数,运用数值风洞分析与探讨81种工况下房屋表面风压分布特性,得到其表面风压分布规律和风荷载体型系数.在此基础上,分别以风荷载的体型系数标准差最小、各区域体型系数最值接近及差值相对变化幅度降低作为优化计算指标,得到具有良好抗风性能的气动外形(合理体型),分析表明经优化的气动外形各区域风荷载有显著下降.     

山体对低矮双坡房屋屋面风压影响的数值模拟研究

利用ANSYS中的Fluent模块,对东京工艺大学风洞试验采用的一低矮双坡房屋模型进行数值模拟,并对比分析数值模拟与风洞试验结果,证明了采用数值模拟研究此类问题的可靠性。在此基础上,利用数值模拟研究了4种山体排列对低矮双坡房屋屋面风压的影响,并给出了相应情况下的屋面体型系数,供设计参考。     

凹形和矩形低矮房屋体型系数对比研究

文章基于ANSYS有限元软件中的流体Fluent14.5模块,选用基于时均Reynolds应力的N-S方程与和RNG k-ε模型对矩形30°坡角屋面房屋数值模拟,对比风洞实验的结果验证数值模拟的准确性;其次分别对矩形和凹形低矮房屋屋面的在不同坡角、不同来流风向角下风压分布进行数值模拟研究,给出凹形房屋的基本变化规律,对比分析所得到的屋面体型系数。结果表明:凹形房屋的屋面体型系数在绝大多数工况下相对较大,说明凹形房屋抗风能力不如矩形房屋。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅱ)——双坡屋面风压特征分析

基于可移动的双坡屋面实验房获取的近地面台风风速和房屋表面风压同步实测数据,研究了台风作用下低矮房屋屋面风荷载。研究结果表明:在斜向风作用下,迎风屋面屋脊角部区域、屋面角部区域易形成较高的局部峰值负压并具有较大的脉动风压,风压系数概率分布为非高斯分布。在低频范围内,屋脊角部区域脉动风压预测谱与实测压力谱吻合相对较好;在高频范围内,脉动风压预测谱都低估实测谱。相对良态气候条件,在台风天气条件下,来流气流与建筑物相互作用产生的特征湍流对高频范围脉动风压功率谱影响显著,未考虑竖向风攻角和竖向脉动风速变化相对显著,在屋面角部区域现行规范计算方法相对低估其脉动风荷载。     

大连市贝壳博物馆表面风压分布特性风洞试验研究

为了满足大连市贝壳博物馆的抗风安全需要,进行了刚性模型表面风压分布特性风洞试验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数与基本的数据处理方法,给出了典型风向角下结构表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律;分析了各风向角下绝对值最大的局部体型系数及其出现的位置,并将屋盖的局部体型系数与现行《建筑结构荷载规范》(GB 5009—2001)进行了对比。结果表明:屋面上表面的风荷载主要表现为负压,顶部迎风挑檐边缘较大,屋面的尾流区域较小或为正压。屋面两侧的悬挑部分及主入口处迎风时分布有大面积正压,以靠近拐角部分最大,且这部分屋面对风作用反应敏感,设计时应考虑体型系数的变号情况。