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。     

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。     

低矮房屋屋面风压的实测及分析

通过对全尺寸低矮房屋的现场实测,分析了不同风向角的屋面风压系数的分布规律,同时对迎风向屋面角部和边缘的加密测点实测数据进行研究,总结了不同风场下该区域局部风压峰值的分布及其脉动规律。结果表明,迎风向屋沿局部风压远比屋面平均风压高,且屋面最大局部风压在斜风向产生,验证了该区域风洞试验结果的有效性、可靠性,并得到了一些有价值的结论,为改进低矮房屋的设计提供了依据。     

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....     

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。     

地貌类型和长宽比对平屋面建筑风荷载的影响分析

通过风洞试验研究了地貌类型和建筑物平面长宽比对平屋面建筑平均风压系数、均方根风压系数、极值风压系数、屋面平均升力系数的影响规律,研究结果表明:地貌类型对平均风压系数影响较小,对均方根风压系数、极值风压系数影响显著,对于与模型短边正交的风向角下,C类地貌下典型断面迎风分离区均方根风压系数最大值约为A类地貌的1.5倍,A、B、C类地貌条件下典型断面的再附点距迎风前缘的距离分别为0.7H、0.4H、0.3H(H为模型高度);建筑平面长宽比对风压系数的影响较小,增大沿风向方向的建筑物长度,屋面更多区域处于气流再附后区域,平均升力系数幅值减小;地貌类型和长宽比对屋面角部区域全风向极值风压系数影响较大,对中间区域影响较小,对于角部区域,C类地貌下的极值风压系数较A类和B类地貌的明显偏大,长宽比为2.5模型的极值风压系数明显较长宽比为1.5和2.0模型的大,增幅均在20%左右。     

强风作用下温州滨海平坦地貌低矮房屋风压特性实测研究

为研究典型地貌上低矮房屋强风作用下的风荷载特性,课题组基于温州滨海建立的实验基地,获得了台风"菲特"(2013年)登陆时的风场及实验房风压实测数据。实测数据分析结果表明:实测表面各测点的瞬时风压相关性较强,脉动性较大;风从角部吹过时,墙面风压分布特征较为明显,屋面风压大小分布较为复杂;屋檐、迎风角部以及某些屋脊局部的风荷载非常大;墙面迎风面平均风压系数均值较大;背风面平均风压系数均值较小。屋面平均风压系数分布较为复杂,一些点负值非常大,少数点出现正值。墙面迎风角部测点和屋面迎风向屋檐处的脉动风压系数较大;背风面测点的脉动风压系数非常小。对于高度小于10 m的房屋,按照实际高度进行风压系数计算对抗风设计更加有利。     

女儿墙对平屋面低矮建筑风荷载特性的影响

对平屋面低矮建筑进行1∶25缩尺刚性模型测压风洞试验,研究了无女儿墙工况和4种不同高度女儿墙的平屋面低矮建筑的风荷载分布规律。无女儿墙的平屋面主要承受风吸力作用,斜风向锥形涡诱导的最不利吸力区域为屋面迎风边缘角部区域,为全风向下最不利区域。女儿墙的存在可明显减小屋面的平均风吸力和极值风吸力,平均风吸力减小幅度可达150%,同时最不利平均风压系数和极小值风压系数的出现位置逐渐远离了屋面角部区域;随着女儿墙高度的增加,极值风吸力进一步减小,极值风压力增大,最大的极大值风压系数出现在尾流区;采取分区的方式给出了不同女儿墙高度的屋面体型系数建议取值。     

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。     

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。     

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。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑的风场和风压特性实测研究

为研究我国沿海地区超高层建筑的风场和风压特性,在2010年台风“鲇鱼”登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压进行了同步监测。通过对实测风场和风压数据的深入分析表明：沿海地区超高层建筑风场的湍流度随风速增大变化平稳,阵风因子随湍流度的增大而增大;实测脉动风速功率谱密度与von Karman谱吻合较好;建筑各面内测点之间的瞬时风压、平均风压、平均风压系数和极值风压系数具有较强的相关性;实测平均风压和平均风压系数在迎风面较大,在背风面非常小;当风从角部吹向建筑时,随着风向角的变化,两迎风面的平均风压系数随着平均风速的增大变化规律相反;两背风面的平均风压系数随着平均风速的增大逐渐减小;迎风面的极值风压系数随着风向角的变化正负波动较大,背风面的极值风压系数分布较为均匀;迎风面的脉动风压系数较大且变化较大,背风面的脉动风压系数非常小且变化平稳;建筑各面的极值风压系数和脉动风压系数的幅值随着风速的增大逐渐减小。     

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。     

台风作用下低矮房屋屋面角部峰值压力实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房及台风测试系统,开展了近地登陆台风风场和房屋表面风压现场实测,主要研究近地边界层登陆台风风场特性和低矮房屋风效应。主要根据1003号"灿都"台风的实测风速和风压数据,研究近地台风风场湍流特征和屋面角部峰值负压。分析来流方向不同地貌状况和台风不同区域的近地10m高度的湍流度、阵风因子、湍流积分尺度等湍流特征参数;探讨实验房屋面角部区域风压分布特征和角部区域峰值压力时间和空间的平均效应。在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘区域测点具有较大的峰值负压和脉动风压,实测最小峰值负压为-4240.0Pa,峰值负压系数最小值为-13.5,风压系数概率分布为非高斯分布。评估了来流不同湍流强度和湍流积分尺度对角部区域风压的影响。并运用非高斯峰值因子极值分析方法对角部区域峰值负压进行极值分析,最后将角部区域风压系数的实测值及极值分析值与现行ASCE 7-10规范规定值进行比较,现行ASCE 7-10规范相对低估其屋檐角部边缘区域的峰值负压系数。     

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。     

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。     

工业厂房屋面脉动风荷载及干扰效应试验研究

随着工业厂房构件的轻型化,厂房屋面受脉动风荷载作用极易发生破坏。通过对某实际厂房刚性模型进行单体与典型干扰工况条件下的风洞测压试验,得到屋面的脉动风压。首先,分析不同工况时的屋盖纵横向端部与中部的测点脉动风压分布规律,对比无干扰工况与干扰工况条件下的屋盖表面脉动风压分布;其次,考察不同干扰距离受扰厂房与无干扰厂房屋盖表面典型测点的功率谱;最后研究屋盖整体升力系数的脉动值、极小值与极大值。结果表明,风向角与干扰距离极大地影响风压脉动值。角部测点与中部测点脉动风压在45°风向角时最大;而纵墙边沿测点的脉动风压系数在90°风向附近最大。干扰距离越小,对脉动值影响越大。处于屋盖表面不同区域的测点功率谱表现出不同形态,干扰对不同位置测点的作用效应不同,对不同频段的能量影响也不同。干扰工况对升力系数最大脉动值与最不利极小值表现为遮挡效应,而对最不利极大值起放大效应。给出不同干扰工况时的屋盖升力系数的脉动值与极值干扰因子,以供工程实际设计参考。