台风“浣熊”影响下近地风特性及低矮房屋屋面风压实测研究

基于上海浦东国际机场附近的同济大学实测基地获取的2014年台风"浣熊"影响下的近地风速时程和低矮双坡屋面风压同步实测数据,研究了台风影响下的近地风特性和低矮房屋屋面风压特性。10m高度处实测风速结果表明:纵向的湍流度随平均风速的增大呈减小的趋势,而横向和竖向的湍流度随平均风速的变化趋势不明显。坡角为10°的足尺低矮房屋在"浣熊"影响下,由于屋脊对斜风向来流的气动分离作用,在背风屋面右侧靠近屋脊的位置出现了明显的漩涡脱落,而斜风向下山墙和屋脊的共同作用也导致了第二个旋涡的产生;旋涡处的脉动风压系数峰值随着风向角度的增加呈逐渐增大的趋势,并且也随纵向湍流度的增大而增大。     

带檐口曲面双坡屋面风压数值模拟

基于Fluent软件平台,选用基于Reynolds平均法的RNGk-ε湍流模型,对低矮带檐口的曲面双坡屋面房屋周围风场和表面风压开展数值模拟,研究了屋面坡度、房屋高度、跨度、长度和房屋檐口类型等各种参数对曲面双坡屋面风压系数的影响.研究表明,曲面双坡屋面风压受房屋几何尺寸影响不明显,而受屋面坡度、房屋檐口类型影响明显,且与来风风向角密切相关.屋面风压随房屋高跨比的增大而增大;随屋面坡度增大,迎风面风压绝对值减小,而背风面则增大.竖向和水平檐口显著影响曲坡屋面的风压大小和分布.     

低矮房屋表面平均风压的数值模拟和实测及风洞试验比较研究

基于ANSYS软件,采用Realizable k-ε,RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型对体型比为1.5∶1∶1低矮房屋模型迎风面、边缘及屋面的表面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,数值模拟结果与同体型比的实测房屋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论基本吻合,验证了三种湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性,并对三种结果进行分析,研究结果能为国内低矮房屋设计提供有价值的参考。     

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....     

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。     

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。     

屋顶构造形式对传统民居风荷载特性的影响

根据广东沿海传统民居的建筑特点,通过在屋面上增加不同样式的构筑件(厝头和屋脊),设计并制作了11种低矮双坡民居建筑模型(包括纯双坡屋面)并对其进行风洞试验,以研究不同构筑件组合对屋面结构风压分布的影响。研究表明:双坡屋面靠近屋脊和山墙侧位置由于流动强分离导致高负压区,极值负压系数达到-6.62,这也是风灾中双坡民房常遭局部破坏的原因;而在屋面增加6种不同样式的厝头(金、木、水、火、土、尖厝头)和屋脊都可降低双坡屋面结构的风荷载;增加不同构筑件对屋面风压分布影响不同,金厝头效果相对最好,可将最大平均负压系数绝对值减小32%,最大极值负压系数绝对值减小35%。此外,极值负压对屋脊高度变化相对不敏感,但镂空屋脊对降低风荷载有帮助。最后通过风洞试验数据的统计分析,对厝头和屋脊的气动机理进行了辨析:厝头的作用是消减屋面靠近山墙附近的极值负压,屋脊的作用在于降低屋面中间部分的极值负压绝对值。总结文中研究的几种样式的构筑件和参数组合工况,1 020 mm金厝头和800 mm镂空屋脊是一个较好的组合配置。     

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。     

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。     

不同坡角低矮建筑屋面局域风压极值分布规律研究

针对4种不同坡角、缩尺比为1∶20的双坡低矮房屋风洞试验刚性模型,以风向角、坡角为变量,重点研究均匀湍流风场下坡角影响双坡低矮房屋屋面区域极值风压的分布规律。研究结果表明:0°～45°风向下坡角对双坡低矮房屋屋面易损区域风压特性影响显著,60°～90°风向下不同坡角房屋易损区域风压特性变化趋势相近,其中30°坡角房屋屋面所受风荷载较小。     

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。     

平面T形低矮房屋风荷载特性风洞试验与数值分析

对复杂体型的平面T形低矮双坡屋面房屋的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到了屋面风压系数以及各屋面体型系数的变化规律;采用计算流体力学软件FLUENT建立了数值风洞模型,在数值分析结果与风洞试验结果吻合良好的基础上,对影响屋面平均风压系数及体型系数的风攻角、屋面坡角、檐口高度、房屋几何尺寸和屋面形式等参数进行了详细分析。结果表明:屋面坡角和风攻角对屋面风压系数的影响显著;在不同风攻角作用下,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;四坡屋面坡角为30°时屋脊背风区域易形成较大负压,局部更易遭受破坏。     

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。     

低层双坡房屋屋面平均风压影响因素的数值模拟研究

采用Fluent6.0软件平台和雷诺应力模型(RSM),对我国沿海地区常见的一类带挑檐的低层双坡房屋屋面风压进行了数值模拟,研究了各影响因素对屋面平均风压的影响。首先,将数值模拟结果和模型风洞试验结果进行对比,以说明文中采用的湍流模型和计算参数的适用性。然后,采用数值模拟方法,研究带挑檐的低层双坡房屋屋顶具有不同外形参数(坡角、挑檐长度、檐口高度)时,屋面的局部平均风压分布特性和变化规律。结果表明,各参数对屋面风压的影响程度不一,且与风向角的影响有关。坡角对屋面风压分布的影响是整体性的,挑檐长度则只有局部性的影响,而檐口高度对整体屋面风压的影响较小。研究结果可供我国沿海地区低层房屋抗风设计参考。     

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。     

考虑地貌影响平屋面低矮建筑屋面局部风压特性试验研究

基于缩尺比为1∶20的平屋面低矮房屋风洞试验模型,在A、B、C三类不同地貌条件下,以风向角为变量,研究地貌对低矮建筑屋面局部平均、脉动以及极值风压分布的影响。试验结果表明:屋面局部区域受风向角影响较大并呈现一定规律性。迎风屋面边沿区域以及角部区域受风向影响最为明显且风压大于其他区域;在斜风向45°风向角时,迎风屋面边沿区域角部测点平均、脉动、极值风压系数最大,为该类房屋最不利风向角;不同地貌对低矮房屋屋面平均风压系数影响较小,对脉动、极值风向系数影响较大。在0°、90°风向角时迎风屋面边沿平均风压系数受地貌影响较大,在斜风向下地貌的改变对屋面平均风压系数影响不大;随湍流度的增大屋面平均、脉动、极值风压系数绝对值也相应增大。     

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。     

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。     

单体建筑及建筑群表面风压计算的湍流模型研究

湍流模型是建筑表面风压数值计算精度的重要影响因素之一。本文针对低层单体建筑和并列式建筑群,在0°~90°多个风向角下,基于雷诺平均法的RNG k-ε、Realizable k-ε和SST k-ω3种湍流模型,对建筑表面风压开展数值计算,并与日本东京工艺大学的风洞实验结果对比,检验不同模型的计算精度。结果表明,Realizable k-ε模型和SST k-ω模型对建筑迎背风面的平均风压及风压差系数和测点风压系数计算精度较高,可用于单体建筑及建筑群的表面风压数值计算。