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为研究低坡度双坡屋面的风致积雪分布特性及雪荷载分布模式,设计研发了一套风吹雪联合试验装置,以高密度的石英砂颗粒模拟雪粒子,分别开展有无降雪条件下6种来流风速(有降雪1.5~2.5 m/s,无降雪4.6~6.1 m/s)、4种屋面坡度(5°、10°、15°、20°)的风吹雪风洞试验,共计24个试验工况,并就屋面中剖面积雪深度系数、积雪深度系数最大值及所在位置、雪荷载不均系数和雪颗粒净捕获系数等展开分析。结果表明:在多数工况下,低坡度双坡屋面积雪分布仍然呈明显的非均匀性,且降雪会显著影响积雪形态。对于迎风屋面,有无降雪条件下积雪深度系数均随来流风速的增大而减小,随坡度的增大而增大;积雪深度系数最大值点位置随风速增大逐渐远离屋檐,随屋面坡度的增大则呈近似线性移近屋檐。对于背风屋面,屋脊遮蔽效应容易导致积雪堆积,且积雪深度系数随风速增大而增大。随着坡度增大,背风屋面的雪颗粒净捕获系数增大,表明迎风屋面被输运的雪颗粒更容易在背风面沉积,从而加重屋面积雪分布的不均匀性。基于分析结果,归纳有无降雪影响下屋面雪荷载的典型不均匀分布模式,可为类似屋盖的抗雪设计提供参考。 相似文献
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为研究对风雪荷载敏感的平面腹部凸出双坡轻型房屋屋面的风致雪漂移规律,基于计算流体动力学原理和两相流理论,运用CFD软件进行数值建模,对立方体及高低屋面风致雪漂移分布进行数值模拟,并与实测数据进行对比,分析与探讨参数选取及边界条件设置.在此基础上,以风向角(0°,45°,90°,1350,180°)、风速(5,7.5,10,12.5,15m/s)、屋面坡角(20°,31°,40°)为分析参数,分别对不含凸出部分的双坡房屋、凸出部分长短边对应占主体长短边尺寸的1/2及1/4的2种平面腹部凸出双坡房屋,共计3种房屋屋面进行前期工况试算.在此基础上,综合雪漂移分布规律,为反映屋面各部分积雪分布特性进一步对房屋屋面进行细致分区,共模拟195种工况的风致雪漂移运动,得到各工况下房屋屋面风致雪漂移分布规律及可供抗雪设计的各分区积雪分布系数.研究表明:对房屋屋面进行分区,能更好地反映积雪沿屋脊长度方向的分布特性,分区后屋面中部的积雪分布系数值超过不分区约9%;腹部凸出区域对主体结构影响明显,若仅参考单跨双坡屋面积雪系数进行设计,存在安全隐患,设计中应予以注意. 相似文献
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雪荷载设计是大跨屋盖结构设计中的重要环节,目前国内工程实践中的设计雪荷载通常是采用规范条文,个别重要的工程还会结合CFD数值模拟的结果。由于试验设备和条件的限制,较少采用实验对其进行验证。有限面元法结合了常规风洞试验模拟和计算机仿真技术,是一种研究大跨度屋盖结构雪荷载分布的有效方法。本文对其进行概述和分析,并以高低屋盖结构为例,采用有限面元法研究了风速和风向角对屋面积雪分布系数的影响。结果表明:与我国现行《建筑结构荷载规范》比较,二者整体分布规律基本一致,但在具体分布数值上略有差异;风速、风向亦对高低屋盖的积雪分布系数具有重要影响,就本文研究的高低屋盖结构而言,积雪分布系数随风速增大而增大,在270~337.5°风向角范围内屋盖的雪荷载分布较为不利,但在规范中并不考虑这种斜风向不利分布工况。 相似文献
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基于Snow Fork雪特性分析仪对屋盖表面及地面积雪密度进行精细化实测研究,详细考察雪厚度、温度、沉积时间等因素对积雪密度的影响规律。此外,对双坡屋盖不均匀分布特性进行实测研究,并与《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)进行对比。通过地面和屋面雪荷载特性实测研究表明,建筑屋面积雪密度大于地面积雪密度;不同厚度位置积雪密度大小不同,中间积雪层的积雪密度较大,上层和下层积雪密度较小。一天不同时间内中午的积雪密度较大。通过双坡屋盖模型实测研究发现,对于相邻两个屋盖,屋盖迎风面雪荷载分布系数较背风面分布系数小。利用所进行积雪密度和双坡屋盖雪分布特性研究有助于明确屋盖表面雪荷载大小,为工程设计提供建议。 相似文献
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《建筑结构学报》2017,(10)
针对风雪流作用下低矮建筑屋面积雪分布特征预测问题,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)与离散元方法(discrete element method,DEM)的耦合,研究了风雪流的数值模拟方法,包括风雪耦合状态下的流体运动方程、雪颗粒运动方程、流体-雪颗粒耦合控制方程及雪颗粒碰撞模型,建立了基于实测的雪颗粒材料参数、碰撞参数、边界控制条件和耦合计算方法等,并采用该方法对Tsuchiya阶梯型屋面的积雪模式进行了数值模拟。结果表明:模拟结果与野外实测及风洞试验结果取得了较好的一致性,验证了该方法的有效性;低屋面积雪对风场干扰较为显著,低屋面末端处的无量纲水平风速从无积雪分布时的-0.4增加为有积雪分布时的0,明显削弱了屋盖积雪区空气回流漩涡。 相似文献
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高低屋面对雪荷载较为敏感,通过模型试验对高跨为双坡屋面形式的高低屋面低跨平屋面积雪分布形式进行研究。模型试验在哈尔滨工业大学自主研发的户外风雪联合系统中进行,该设备可在试验段内模拟自然降雪过程。根据高跨坡屋面坡度不同共设置4个模型,并针对每个模型进行了不同风速、不同风向下的试验研究。通过高跨为平屋面形式的高低屋面积雪分布的实测与试验结果的对比,验证了试验结果的可靠性。结果表明:风速越大,积雪分布不均匀现象愈加显著,但屋面积雪分布系数并未随风速增加而增大;高跨双坡屋面坡度对变跨处积雪分布影响显著,高跨为60°双坡屋面,迎风向3m/s风速时变跨处积雪分布系数最大值达到7.9,超出欧洲EU规范取值。 相似文献
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为了保证结构服役安全,有必要对不均匀积雪荷载作用下网架结构工作状态进行分析。采用CFD数值模拟技术,基于准动态网格划分方法,以一正放四角锥网架结构为研究背景,分析了网架结构在持续降雪24 h中的屋面不均匀积雪分布变化情况,并详细探讨了不同风向角和不同风速对网架屋面积雪分布变化情况的影响; 最后建立了该网架结构的有限元模型,分析了不同雪荷载工况的结构工作状态。结果表明:与其他有风条件下的工况相比,风速为12 m?s-1、风向角为90°时的结构屋面平均雪压和积雪沉积区域占比最大,因此它是结构的最不利工况,该工况的平均雪压是无风条件下均布积雪平均雪压的88.9%,但结构杆件的最大应力值及挠度值却较均布积雪作用时有所增加,而且部分杆件从受拉杆变为受压杆; 风致不均匀积雪是网架结构在服役期间的安全隐患,应在工程设计中予以重视。 相似文献
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为研究低层双齿大棚屋面的风致积雪分布规律,基于FLUENT软件中的Mixture多相流模型,建立了风雪两相流场模型。为验证风雪两相流场的准确性并选择合适的湍流模型,采用k-w,SST k-w和k-kl-w湍流模型分别对立方体周围积雪分布进行数值分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比以验证数值方法的正确性,进而详细研究了风速、风向角、屋面坡度比和结构双齿长宽比对低层双齿大棚屋面风致积雪分布的影响。结果表明:风雪两相流模型和k-kl-w湍流模型建立的风雪两相流流场可以较好地反映低层双齿大棚屋面的积雪分布情况; 大棚屋面积雪厚度随着风速和屋面坡度比增大而减小,且屋面坡度比的影响程度较风速与风向角的影响小; 大棚屋面积雪受侵蚀和堆积区域位置随风向角变化而变化; 大棚结构长宽比对屋面积雪分布的影响较小; 低层三齿大棚屋面和低层四齿大棚屋面的屋面积雪分布系数可参考低层双齿大棚屋面; 提出的低层双齿大棚屋面积雪不均匀分布系数可为低层双齿大棚屋面的冬季防雪灾设计提供参考。 相似文献
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基于对当今中外荷载规范雪荷载章节的梳理,以雪荷载对应取值及控制因素的差异为视角进行了深入的对比剖析,得出各国规范体系构架存在较高相似性,均采用由地面雪荷载(基本雪压)乘上一系列用以量化计算的控制因素系数而获得屋面雪荷载值,而屋面雪荷载按作用效应又可划分为基本雪荷载、漂移雪荷载与滑落雪荷载三类,且各类别在不同规范中取值具有差别。由此建议在中国新版建筑荷载规范雪荷载章节继承完善基本雪荷载和漂移雪荷载,并补充对屋面滑落雪荷载取值规定。另外,总结了各国规范中雪荷载控制影响因素,可归为外界环境与建筑本身两大类,并依据国外规范对控制因素的考虑权重,选取影响较大且我国规范尚未考虑的因素进行详细探讨。由此建议引入考虑降雨量与坡屋顶特性的雨雪联合因素,考虑宏观地貌气候与周围环境的建筑暴露状态因素,考虑室内采暖温度与屋面热阻的建筑采暖因素及考虑屋面光滑程度的屋面材料因素,以达到优化规范体系构架的目的。 相似文献
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在女儿墙屋面雪荷载计算时,日本、美国及欧洲规范中充分考虑了风场对完全暴露屋面雪荷载的侵蚀作用、风力对积雪的搬运作用、上游积雪宽度对下游阻碍物处堆雪量的补充作用和降雪量对堆雪的补充作用。除此之外,也引入了室内采暖、雨雪联合等因素来更真实地实现对屋面雪荷载的估算。相较之下,我国规范仅考虑女儿墙高度的影响。故基于对带女儿墙屋面积雪分布的多年实测结果,参考国外规范中的影响因素,对哈尔滨地区女儿墙屋面积雪分布特征进行了分析。结果显示:风场作用下,积雪会更多地堆积于迎风向女儿墙处;随着上游屋面宽度增加,下游迎风向女儿墙处漂移积雪的峰值深度存在递增趋势,且随着风速增加,搬移堆积作用会增强;上游屋面宽度和地面降雪量对女儿墙处峰值雪深有较大影响,风速对于峰值雪深的影响依赖于地面降雪量,降雪越大,风速的影响越大,反之减小;女儿墙处堆雪长度与女儿墙高度比值多维持在3.75左右,建议我国规范中堆雪长度与女儿墙高度比值取4.0。 相似文献
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Yoshihide Tominaga Akashi MochidaTsubasa Okaze Takeshi SatoMasaki Nemoto Hiroki MotoyoshiSento Nakai Takuya TsutsumiMasaya Otsuki Takahiko UamatsuHiroshi Yoshino 《Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics》2011,99(4):460-468
A system has been developed for predicting snow distribution in built-up environments. This system combines a mesoscale meteorological model that predicts precipitation, including snowfall in an area, and a Computational Fluid Dynamics (CFD) model that predicts snow phenomena on building scale. The system focuses on snow distribution around buildings, which often leads to snow disaster and snow-related difficulties in urban areas. It can be used for predicting snow distribution due to snowfall and snowdrift in a development area and is expected to be a useful design tool for city and architectural planning in snowy regions. This paper outlines the system and examines its performance by comparing its results with measured data. The snowdrift patterns, i.e. erosion around the upwind corners and deposition in front of and behind a building, obtained by the present model show good correspondence with those obtained from field observation. However, the model under-predicted the decrease of snow depth near the building. Further investigations required to comprehensively evaluate the prediction accuracy of the system are discussed. 相似文献
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基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。 相似文献