基于简化渐进破坏的低矮房屋围护结构风致易损性分析

轻质框架低矮房屋被广泛用于民宅、厂房以及其他基础设施建设.然而,多起风灾调查发现,低矮房屋在强风中破坏严重,其破坏形式主要表现为围护结构受损,因此有必要对低矮房屋围护结构风灾损失开展相关研究.基于简化的三阶段渐进破坏过程,提出了低矮房屋围护结构风致易损性分析方法.在该方法中,同时考虑飞掷物冲击和强风压造成的门窗破坏,以确定开孔工况;通过伯努利方程模拟内压响应;利用Copula函数考虑屋面构件关联破坏;提出基于蒙特卡洛随机模拟的易损性分析流程,并结合木质框架房屋开展算例分析;进一步通过建立风速风向联合概率模型以考虑风向效应.研究表明,迎风墙构件在强风中往往面临着较高风险,且忽略风向效应可能会低估房屋的风致损失程度.     

基于简化渐进破坏的低矮房屋围护结构风致易损性分析

轻质框架低矮房屋被广泛用于民宅、厂房以及其他基础设施建设.然而,多起风灾调查发现,低矮房屋在强风中破坏严重,其破坏形式主要表现为围护结构受损,因此有必要对低矮房屋围护结构风灾损失开展相关研究.基于简化的三阶段渐进破坏过程,提出了低矮房屋围护结构风致易损性分析方法.在该方法中,同时考虑飞掷物冲击和强风压造成的门窗破坏,以确定开孔工况;通过伯努利方程模拟内压响应;利用Copula函数考虑屋面构件关联破坏;提出基于蒙特卡洛随机模拟的易损性分析流程,并结合木质框架房屋开展算例分析;进一步通过建立风速风向联合概率模型以考虑风向效应.研究表明,迎风墙构件在强风中往往面临着较高风险,且忽略风向效应可能会低估房屋的风致损失程度.     

近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统,研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据,对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等,按来流不同方位地貌状况进行分类研究;同时分析了斜向强风最不利工况下,屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下,台风顺风向湍流强度均值分别为0.13, 0.21, 0.32;阵风因子同湍流强度正相关,湍流积分尺度随湍流强度增加而减少;与季风相比,台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值,而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值;在低频和惯性子区范围,台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好;在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压,峰值负压系数达-13.5。     

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅰ)——登陆台风近地边界层风特性

基于可移动双坡屋面实验房及测风塔获取的"苏迪罗"、"彩虹"、"凯萨娜"和"芭玛"等台风登陆期间的三维脉动风速数据,对近地边界层平均风特性和湍流特性进行分析。分析结果表明:近地100m范围内平均风速剖面符合对数律和指数律分布,平均湍流度剖面符合指数律分布;与良态季风条件下相比,摩擦速度、地面粗糙度长度、平均风速剖面指数α值相对变大,平均湍流度相对增大20%以上;湍流度与阵风因子相关性与Ishizaki实测结果一致;纵向、横向和竖向三湍流分量的竖向相干函数衰减指数为16.82、7.23、3.69;离地3.2m高度处各向湍流分量的功率谱值大于10m高度功率谱值2倍以上,在低频范围各向湍流分量含能量相对要大,湍流功率谱高频段下降相对较快,在惯性子区各湍流分量的功率谱的分布显著偏离"Kolmogrove-5/3"律。     

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。     

低矮房屋瞬态内压的风洞试验研究

设计一种新的试验方法模拟低矮房屋模型的门窗突然开启过程,在边界层风洞中采用高速同步压力扫描系统对模型开孔的瞬态内压响应进行了试验研究,发现了有别于已有试验研究结论的结果并由内压传播理论所定性验证。试验考虑了开孔率和背景孔隙率对风致瞬态峰值内压的影响,结果表明:门窗突然开启的过冲比(定义为瞬态峰值内压系数和稳态峰值内压系数之比)随开孔率的增大而增加,对于气密性较好的房屋由试验得到的过冲比在1.17～1.34之间,而理论计算的过冲比则更大,相应稳态峰值内压随开孔率的变化相对较小。过冲比随背景孔隙的增大而下降,当背景孔隙率达到0.2%时,瞬时过冲现象消失。     

檐口形状对低矮房屋屋面风压分布的影响

基于计算流体动力学（CFD）和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型,对带不同尺寸檐口低矮房屋的屋盖风压进行了数值模拟计算.首先,对TTU建筑模型屋盖体型系数进行数值计算,并与其他文献的结果进行对比吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性.然后,基于此方法研究不同尺寸檐口对低矮房屋屋面体型系数分布情况,总结出檐口尺寸对屋盖体型系数变化的规律,优化其抗风性能,研究结果可为该类建筑的工程抗风设计提供参考.     

屋面细部构造对低矮房屋屋面风荷载特性的影响

基于fluent 6.3软件对房屋外形尺寸为6 m×4.5 m×4.34 m的低矮房屋进行了不同风向角下的数值模拟,通过与风洞试验对比发现模拟方法能够较好地模拟强风作用下低矮房屋屋面的风压分布。在此基础上,改变屋面的出山和挑檐形式,进行不同风向角下的数值模拟,研究细部构造对低矮房屋屋面风压的影响。研究结果表明:在斜向风的作用下,马头型出山和透风型出山均能够减小房屋屋面的风压,但透风型出山的效果更好。檐沟、弯起挑檐和平挑檐均会使得屋面的平均风压增大,对于屋面抗风不利,最有利的挑檐抗风形式还是普通挑檐形式。     

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。     

基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法

为了降低基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法——Storm passage方法的复杂性且不减弱其高精度,假定各次风暴引起的结构风荷载极值之间相互独立,得到了形式更加简洁更易于理解的用于Storm passage方法的结构风压年极值概率分布表达式。并从理论上将改进前后的Storm passage方法进行了对比,以证明两者在高重现期下的精度基本相同。在此基础上,结合一工程实例,将改进方法、原Storm passage方法、未考虑台风过程的Monte Carlo模拟方法以及三种工程上常用的简算方法进行了对比。研究结果表明,对于50年重现期设计风压,改进方法与原Storm passage方法之间误差极小,可忽略不计;不考虑台风过程将导致结构设计风压估值偏小,大部分结果的偏小程度在10%以内;工程中常用的最不利法过分保守,有时甚至可偏大100%;风向折减因子法可给出经济性和安全性都适当的结果,但应谨慎使用,不合理的风向折减因子取值可能导致估计结果的安全性不足。     

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。     

风沙对低矮建筑整体受力影响的风洞试验研究

通过风洞测力试验,研究了不同沙浓度和风速条件下风沙对低矮建筑整体受力的影响。研究结果表明:和净风工况相比,风沙对低矮建筑整体受力有着较大影响。风沙对低矮建筑平均基底剪力系数有着明显的增大作用,且沙浓度越大,增大的越明显。而对于脉动基底剪力系数的影响,除了与沙浓度有关之外,还与指示风速有关。当风速较小时,风沙增大了试验房的脉动效应,而当风速较大时,风沙减小了试验房的脉动效应。     

低层钢框架结构二阶效应分析

对典型的低层钢框架结构进行了有限元分析和二阶效应影响的研究,比较了二阶近似分析结果与二阶精确分析结果,得到了一些规律,相关探讨可供设计人员参考.     

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系

详细介绍了冷弯薄壁型钢结构住宅体系的组成、材料、基本构件形式、一般构造、楼盖构造、墙体构造、屋盖构造、紧固件连接要求,以及该结构体系的保温隔热、隔声、防火与防护、防潮、管道与电线安装等具体构造措施;同时还根据冷弯薄壁型钢结构住宅体系的组成和构造,归纳和评述了该结构体系所具有的节能、节地、节材、环保,有利于住宅产业化,并具有结构自重轻、施工周期短、综合效益好等一系列特点.冷弯薄壁型钢结构住宅结构体系适合中国国情,符合中国土地资源政策、环保政策和可持续发展战略,在中国具有广阔的应用前景.     

上海市自然通风建筑围护结构的节能分析

通过对上海市几种围护结构内壁温度的计算分析，提出了合理的隔热保温措施，认为在该地区自然通风建筑中采用重质材料加外保温层的围护结构对提高室内热环境很有利，建议在设计中推广应用。     

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....     

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。