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。     

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.     

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。     

大跨弧形屋面风荷载特性的风洞试验研究

根据榆林机场航站楼风洞试验结果,详细分析了大跨弧形屋面及弧形挑篷上的平均风荷载、脉动风荷载及其极值分布,研究了平均风荷载、脉动风荷载的分布特性。根据分析可知,大跨弧形屋面上同时存在压力和吸力,压力主要分布在屋面弧面起坡处,吸力主要分布在屋面挑篷部位;大跨弧形屋面的峰值吸力对风向角的变化特别敏感。给出了100年重现期屋面极值风荷载等压线图和体型系数,所得结论对于西部地区此类结构的抗风设计有参考作用。     

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。     

基于数据库的低层房屋风荷载分析

风荷载作为低层房屋结构的主要侧向荷载,它的分布形式是很难掌握的,因为气象因素、地形地貌、周围环境、建筑布局、体型、尺度等都会对其造成严重的影响,通常单一的计算公式并不能得到准确的数据.文中基于应用的数据软件分析了单坡屋面低层房屋表面和双坡屋面低层房屋风压分析,给出了相应的取值与数据库的应用,文中数据库的应用对于简化风荷载的计算显然是有意义的.     

低矮建筑屋面风荷载分区体型系数研究

对11种坡度、3种高深比和3种宽深比的总共99个低矮建筑进行了刚性模型测压风洞试验,利用试验结果并借鉴国外荷载规范对屋面进行分区,给出了计算屋面主体结构风荷载各分区体型系数。分析了坡度、高深比和宽深比对分区体型系数的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了坡度、高深比和宽深比3参数的拟合,并将拟合公式计算值和多国规范给定值进行了比较,验证了拟合公式的可靠性,同时发现中国荷载规范给出的部分区域的体型系数值偏小。最后根据试验值并参照国外荷载规范给出了中国荷载规范中计算屋面主体结构风荷载分区体型系数的建议值。     

扰流板减小低矮房屋屋面风压试验研究

近年来,我国台风灾害频繁,在历次风灾中,大量村镇低矮房屋倒塌破坏是造成生命财产损失的重要原因。在强风中,屋面是低矮房屋最薄弱部分往往最先发生破坏。目前,提高屋面抗风能力的方法主要是增加屋面本身强度和整体性,但其经济成本较高且抗风效果并不理想。针对上述问题,文中提出一种气动抗风方法,在双坡房屋屋面增设扰流板,通过改变房屋气动性能来降低屋面风压,并围绕这一方法开展了风洞试验研究工作。试验结果表明：扰流板可以有效减小双坡房屋屋面风压,尤其对屋面局部极值风压减小效果显著,最大减小幅度可达49%。山墙处扰流板对屋面风压影响最大,其次是屋檐处的扰流板,屋脊处扰流板对屋面风压无显著影响。相对于扰流板宽度与高度,扰流板角度是对屋面风压影响最为明显的几何因素,屋檐处扰流板角度建议值为0?~30?,山墙处扰流板为10?~30?。综合考虑经济与构造措施等因素,扰流板高度建议值为挑檐高度的1/70~1/12,宽度为房屋长度的1/20。最后,根据实验结果给出了安装扰流板结构屋面风压折减系数和相关的设计建议。     

干煤棚结构风荷载风洞试验研究

以干煤棚网壳结构为研究对象,根据工程设计和试验研究的需要,对干煤棚建筑结构进行了风洞试验。考虑风向角、仰角和堆煤等对干煤棚风载体型系数的影响,经对不同工况下各测点的体型系数分析,得出体型系数的极值。考虑到干煤棚结构形状和不同工况的影响,分别将其表面划分为7段区域和21块区域,得到不同工况下网壳结构表面的分块体型系数,横...     

风致屋面积雪分布风洞试验研究

为了预测屋面积雪分布,对一典型阶梯形屋面和两种双坡屋面进行了积雪分布风洞试验研究。首先对流场进行了测量,然后进行屋面积雪分布试验,测量了不同时间内屋面雪深分布,考察了风速、风向对屋面积雪分布的影响,并对屋面上粒子质量流率进行了分析。结果表明,运动粒子使表面附近的流场湍流度降低,流场有效气动粗糙长度与摩擦速度平方成正比;阶梯形屋面在风向角为0°时,雪深分布与观测结果基本一致,斜向风时,雪深分布严重不均匀,特别在风向角135°时,最小雪深系数为0,最大雪深系数达1.7;双坡屋面在风向角0°时背风屋面局部产生较多沉积,坡度10°的双坡屋面最大雪深系数达1.6,坡度20°的双坡屋面最大雪深系数为1.2;屋面上平均质量流率与风速呈线性关系,表明屋面上粒子质量输运率按摩擦速度三次方增加。     

大跨度曲面木屋盖风荷载特性的风洞试验研究

大跨度曲面屋盖风荷载特性复杂,大规模木屋盖工程在实际工程应用中相对少见。通过对海口市民游客中心这个大跨度曲面木屋盖工程的风洞试验研究,系统地分析了在不同风向角下曲面木屋盖风荷载的平均压力系数分布规律、等效静风荷载分布规律和整体风荷载效应的分布规律。试验研究结果表明:屋面整体风荷载效应主要表现为上吸作用;屋盖内外表面的平均风压系数主要受风向角和测点位置的影响,表现出复杂的波动性规律,部分重要测点处存在多个平均风压系数极值和主风向角工况。在整体设计计算过程中,除了需要考虑最大上吸工况外,也要考虑下压风工况的不利作用;在局部设计计算中,应重点考虑出现极值的重点区域和特异点。     

低矮房屋屋面细部构造的风荷载特性研究

通过刚性模型测压试验研究了低矮房屋屋面细部构造的风荷载特性。通过对不同高度和细部构造是否同时存在时屋脊、出山及檐沟风压系数及阻力系数的研究发现：在来流斜风向吹向细部构造的外表面（屋脊为迎风面）时,内侧表面（屋脊为背风面）端部负压变化剧烈,幅值很大,造成朝向屋面（屋脊为朝向背风面）的最不利极值净风压系数很大,其中出山最大,达到18.0左右,屋脊次之,为10.5左右,檐沟最小,为7.0左右;而背离屋面（屋脊为朝向迎风面）方向的极值净风压则相对平稳。在同一竖直平面上,出山位置较低的测点比较高的测点最不利极值净负压系数要大5左右,檐沟则是大0.8左右;屋脊和出山在另外2个细部构造存在时,最不利极值净风压系数会减小很多,分别从10.5和18.0减小到只有7.5和6.0,檐沟减幅较小,从7减小到6。出山和檐沟的最不利阻力系数的幅值随着高度的增加会加大,当屋脊和檐沟存在后出山的最不利阻力系数的幅值会有所减小,但另外2个细部构造是否存在对屋脊和檐沟的阻力系数影响较小。     

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。     

Experimental study of wind loads on gable roofs of low-rise buildings with overhangs

Gable roofs with overhangs (eaves) are the common constructions of low-rise buildings on the southeastern coast of China, and they were vulnerable to typhoons from experience. The wind pressure distributions on gable roofs of low-rise buildings are investigated by a series of wind tunnel tests which consist of 99 test cases with various roof pitches, height-depth ratios and width-depth ratios. The block pressure coefficients and worst negative (block) pressure coefficients on different roof regions of low-rise buildings are proposed for the main structure and building envelope, respectively. The effects of roof pitch, height-depth ratio, and width-depth ratio on the pressure coefficients of each region are analyzed in detail. In addition, the pressure coefficients on the roofs for the main structure and building envelope are fitted according to roof pitch, height-depth ratio and width-depth ratio of the low-rise building. Meanwhile, the rationality of the fitting formulas is verified by comparing the fitting results with the codes of different countries. Lastly, the block pressure coefficients and worst negative pressure coefficients are recommended to guide the design of low-rise buildings in typhoon area and act as references for the future’s modification of wind load codes.     

贵阳奥体中心主体育场罩篷风洞试验及风荷载体型系数研究

贵阳奥体中心主体育场由东、西两个呈牛角造型的罩篷构成,采用了预应力平面桁架斜交网格结构体系,最大悬挑49m。对其刚性模型进行了风洞试验,给出了平均风压系数、平均风荷载体型系数及风压分布规律并与规范计算值进行了比较,详细讨论了风向角对风压系数和体型系数的影响。结果表明:在大多数风向角下,西罩篷的风荷载要比东罩篷的大,罩篷立面迎风面都是正压,在所有风向角下罩篷上、下表面基本都是负压,负压分布的局部最大值通常出现的迎风罩篷上表面的前缘和下风向罩篷上表面的后缘部分。建议对于有上、下表面围护结构的建筑应分别按内、外风荷载体型系数设计。     

单跨双坡工业厂房平均风压试验研究

通过一系列不同外形尺寸的单跨双坡厂房刚性模型风洞测压试验,研究不同风向角下结构表面的平均风压系数,重点讨论建筑结构外形参数和风场条件对单跨厂房主体承重结构风压系数的影响。研究发现,主体结构框架梁屋面平均风压系数受高跨比和风向角影响很大,而基本不受纵跨比和风场类型的影响。框架梁屋面的负风压随着高跨比的增大而增大,但中部和端部框架梁屋面的风压特性有很大差异;中部框架梁屋面的负风压随着风向角的增大不断增大,端部框架梁屋面的风压随着风向角的变化也很显著,但缺乏很好的规律性。主体承重结构框架柱墙面的平均风压分布较为均匀,风压系数可直接按美国金属建筑结构手册选取。根据试验数据采用阻尼最小二乘算法拟合框架梁屋面风压分布公式。经验证,公式计算出的风压系数能良好地反映分布规律,且具有较好的精度,可以为荷载规范的修订和补充提供参考。     

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....     

高层建筑水平悬挑遮阳板风荷载的风洞试验研究

高层建筑悬挑遮阳板等小尺寸构件直接承受风荷载作用,在强风作用下的安全性备受关注。相对于建筑的整体尺寸,悬挑遮阳板很小,难以在缩尺模型上直接模拟,因此在实际工程的风洞试验研究中常常被简化或者忽略。研究中利用3D打印技术制作了精细化的有悬挑遮阳板的高层建筑风洞试验模型,并在打印遮阳板模型时直接预留测压管道,分析了水平悬挑遮阳板的风压分布规律及遮阳板对建筑立面风压的影响,并对基于建筑立面风压的悬挑遮阳板风压估计方法的估算误差进行了评估。研究结果表明：高层建筑水平悬挑遮阳板的最不利净风压的最大值出现在顶层遮阳板处;水平悬挑遮阳板的存在能较大程度地削弱建筑立面上的最不利负风压;悬挑遮阳板最不利风压可利用其上下两侧附近建筑立面测点的风压差近似估计,但对于建筑立面边缘附近的悬挑遮阳板端部以及建筑底部附近的最底层悬挑遮阳板上的最不利风压,这种方法的估算误差较大。