低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析与实用计算

利用数值模拟和风洞模型试验,获得了低层四坡屋面房屋在不同风向角下的屋面风载体型系数的实用计算公式。首先对缩尺比为1∶20的四坡屋面房屋模型(足尺为平面7.5 m×15 m,檐口高度9.6 m,挑檐长度1.5m)进行了风洞试验,再通过改变体型参数对5种屋面坡角、5种房屋高宽比和长宽比情况的屋面风压进行了数值模拟。通过对数值模拟和试验结果的分析发现,屋面坡角及房屋高宽比是影响屋面风荷载的主要因素。据此提出了屋面各分区风载体型系数的实用计算公式,并给出了计算实例,将计算结果与试验结果作了比较。结果表明,该实用公式简便准确,可直接供四坡屋面房屋抗风设计参考和应用。     

低层房屋风压分布特性的模拟与分析

基于Reynolds时均N—S方程和标准κ-ε双方程封闭模型，对一类带挑檐的低层双坡屋面房屋在不同风向角下的表面风压进行了敷值模拟，模拟结果与风洞试验结果作了比较。在此基础上，根据模拟结果对房屋各表面及挑檐处的风压分布特性和规律进行了分析和计算，获得了不同风向角下各表面的风载体型系数，为该类房屋的工程抗风设计提供了依据。     

局部开洞的落地四坡房屋表面风压分布研究

为研究局部开洞的落地四坡房屋表面风压分布,基于流体动力学和大气边界层基本理论,运用FLUENT软件并借助开洞TTU标准模型的现场实测试验数据,分析与探讨了数值风洞尺寸、离散格式、求解算法、网格划分技术等关键参数及技术,建立了开洞落地四坡房屋的数值风洞。在此基础上,以洞口大小、洞口位置及单面、多面开洞为分析变量,进行了59种开洞房屋工况表面风压分布数值模拟,得到了各变量对房屋表面风压分布,提出了整体结构抗风设计的风荷载体型系数。分析结果表明:开洞对落地四坡房屋风压分布影响显著,风压数值变化大,甚至出现正负压交变;迎风面单面开洞时最为不利,屋盖的风压系数峰值高达-1.24,设计及使用时应引起足够的重视。     

攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律，基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定，运用计算流体动力学软件，选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟，将模拟结果与两者的实地观测数据对比，探讨分析数值风洞的关键技术和参数设置，验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求，设计分析模型与分析工况，在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5 m/s，7 m/s，9 m/s，11 m/s，13 m/s和15 m/s，风向角0°，15°，30°和45°以及屋面坡度25°，30°，34°，40°和45°为分析参数，对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟，得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律，提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明，风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化，风速和屋面坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。     

落地四坡房屋表面风致雪漂移效应分析

为了获得落地四坡房屋表面积雪分布规律,根据风雪运动机理选取适当的雪粒粒径、积雪密度、沉降速度等条件,考虑积雪侵蚀沉积等影响因素,基于Euler-Euler多相流理论,使用FLUENT软件Mixture多相流模型模拟了立方体周围积雪及高低屋盖模型表面积雪分布,并与实测进行了比较,确定了湍流物理方程、数值风洞尺寸、细部网格及数量、壁面条件等各计算参数设置。以风速、风向角为参数,模拟落地四坡房屋屋面积雪分布得出:随着风速增加,屋面积雪量不断减少,15m/s风速下屋面积雪呈完全侵蚀状态,低风速下屋面积雪更多;屋面各区域积雪漂移随着风向角的改变不断改变,总体表现为侵蚀状态沉积区域较少;在5m/s风速下落地四坡房屋的迎风面各区域积雪分布系数在0.5以下,迎风屋顶各区域积雪分布系数基本为0,背风屋顶各区域积雪分布系数变化幅度高达0.8,背风面各区域积雪分布系数整体保持在0.9附近。得到了5m/s风速下区域积雪分布系数表,可为该类房屋的设计使用提供理论依据。     

下击暴流作用下双坡屋面建筑风荷载分布特性研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟下击暴流场,在与已有建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟分析了下击暴流对双坡屋面建筑的风压作用;侧重考虑了建筑处于下击暴流径向最大风速位置(r/D_0=1.0)处,风向与坡角变化及有无挑檐对风压分布的影响。分析结果表明:风向与坡角的变化对表面风压有显著影响,坡角变化时,屋面风荷载体型系数最大增幅达到152.2%;随风向角增大,迎风面总体风荷载体型系数呈显著减小趋势,而背风面的负压绝对值则有较大提高,其系数变化幅度达到120.7%;因风向变化,侧风面风荷载体型系数出现261.4%的增幅;有无挑檐对建筑表面风压也产生影响,但主要表现在迎风面近挑檐区域的风压发生较大改变。     

基于风压分布特性的折叠网壳结构形状优化研究

针对风敏感结构折叠网壳存在抗风不利区域和风压梯度变化较大的力学行为,为优化其在风荷载作用下的表面风压分布,降低结构的风致响应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用Fluent软件对折叠网壳结构风压分布进行数值模拟的基础性研究,对比风洞试验结果,确定复杂体型结构数值模拟的计算域尺寸、计算域离散和湍流模型等关键参数的选取。在此基础上对8种折叠网壳结构形状优化方案进行分析,得到其分区体型系数和体型系数的标准差,对比结构初始形态表面风压,最终得到具有良好抗风性能的最优方案,化解了结构的不利风压分布。结果表明,CFD数值分析技术能够有效地解决风敏感结构在风荷载作用下的形状优化问题,为结构体型优化和研发新型野营房屋提供了一个设计方法和理论依据。     

实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性的数值模拟研究

基于Fluent软件平台,采用雷诺应力模型(RSM),对一类实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性进行了研究.首先通过对TTU标准模型的计算,验证了本文数值模拟方法的可行性并确定了合适的网格及计算参数.然后以实际瓦屋面双坡低矮建筑作为典型计算模型,对三种不同屋盖的体型系数进行了数值模拟,将实际瓦屋面模型与风洞试验模型进行了对比分析,并分析了不同风向下瓦片屋盖对于屋面风压的影响.结果表明,实际瓦屋面模型的风压值整体上比风洞试验简化模型的风压值要小,两模型的风压差值从0°风向到90°风向呈递减趋势,且迎风面各分块的风压差普遍大于背风面各分块的风压差.结果还表明,在各风向角下,瓦片屋盖对屋面风压的影响程度不一,且折线瓦对风压的影响相比波形瓦要大.     

基于风压分布特性的折叠网壳结构形状优化研究Folding reticulated shell structure shape optimization based on wind pressure distribution characteristics

针对风敏感结构折叠网壳存在抗风不利区域和风压梯度变化较大的力学行为,为优化其在风荷载作用下的表面风压分布,降低结构的风致响应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用Fluent软件对折叠网壳结构风压分布进行数值模拟的基础性研究,对比风洞试验结果,确定复杂体型结构数值模拟的计算域尺寸、计算域离散和湍流模型等关键参数的选取。在此基础上对8种折叠网壳结构形状优化方案进行分析,得到其分区体型系数和体型系数的标准差,对比结构初始形态表面风压,最终得到具有良好抗风性能的最优方案,化解了结构的不利风压分布。结果表明,C FD数值分析技术能够有效地解决风敏感结构在风荷载作用下的形状优化问题,为结构体型优化和研发新型野营房屋提供了一个设计方法和理论依据。     

相邻高层建筑表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对一幢由主楼和配楼组成的复杂高层建筑的表面风压进行了模拟计算，考虑了相邻一幢高层建筑对风压分布的影响。计算得到的风压值还与风洞试验值作了比较。结果表明，数值模拟较好地反映了复杂高层建筑的周围流线和表面风压的分布情况；同时，由于相邻建筑物的存在，使得原有建筑的时均流线分布尤其是涡流的数目和尺度以及建筑表面的时均风压分布均发生了较明显的改变。     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...     

高层建设风压试验研究

通过缩尺比为１：３００的模型风洞测压试验,研究了在１６个来流风向下某高层建筑表面的风压分布,结合当地的气象风速资料,给出了５０年重现期风速下的最大风荷载分布,为该建筑的设计提供了风荷载依据。     

高耸异型烟囱结构风压和风振系数试验研究

本文在模拟的大气边界层中,对某一发电厂高耸异型烟囱的刚性模型进行了测压试验研究,得到了这一结构的平均风压系数、最大和最小风压系数分布,以及该结构的风荷载体型系数;结果表明在烟囱外形明显变化的局部区域,风压绝对值较大,与理论分析一致。同时,对动态测力试验模型进行了高频动态天平测力试验研究,详细介绍了试验及数据处理方法,根据试验结果计算得到了该烟囱在风作用下的动力响应和风振系数;根据试验结果计算所得的风振系数值大于按规范公式估算值。这些结果不仅为结构的风荷载计算提供了依据,也有助于进一步认识该类异性烟囱结构的风荷载和风振特性。     

An experimental study of a high-rise building model in tornado-like winds

An experimental study was conducted to quantify the characteristics of wake vortex and flow structures around a high-rise building model as well as the resultant wind loads (both forces and moments) acting on the test model in tornado-like winds. In addition to measuring wind loads acting on the tested high-rise building model using a high-sensitivity load cell, a digital Particle Image Velocimetry (PIV) system was used to conduct detailed flow field measurements to quantify the evolution of the unsteady vortex and turbulent flow structures around the test model in tornado-like winds. The measurement results revealed clearly that the evolution of the wake vortex and turbulent flow structures around the test model as well as the resultant wind loads induced by tornado-like winds were significantly different from those in conventional straight-line winds. The detailed flow field measurements were correlated with the wind load measurement data to elucidate the underlying physics to gain further insight into the flow-structure interactions between the tested high-rise building model and tornado-like vortex. The new findings derived from the present study could be used to provide more accurate prediction of wind damage potential to built environment with the ultimate goal of reducing life loss, injury casualty, and economic loss that results from tornados.     

自然通风冷却塔的实验及有限元分析

本文以宁海电厂二期冷却塔为例简要介绍了冷却塔进行刚性模型及气弹模型试验的情况,用通用有限元软件ANSYS及专用冷却塔抗震分析软件LBSD进行冷却塔内力分析、稳定性分析、抗震分析,用刚性模型试验结果计算风振系数,并将计算结果与气弹模型试验的结果进行比较,所得结果对相关冷却塔设计与安全评估有重要工程意义.     

CFD wind tunnel test: Field velocity patterns of wind on a building with a refuge floor

This paper reports a CFD wind tunnel study of wind patterns on a square-plan building with a refuge floor at its mid-height level. In this study, a technique of using calibrated power law equations of velocity and turbulent intensity applied as the boundary conditions in CFD wind tunnel test is being evaluated by the physical wind tunnel data obtained by the Principal Author with wind blowing perpendicularly on the building without a refuge floor. From the evaluated results, an optimised domain of flow required to produce qualitative agreement between the wind tunnel data and simulated results is proposed in this paper. Simulated results with the evaluated technique are validated by the wind tunnel data obtained by the Principal Author. The results contribute to an understanding of the fundamental behaviour of wind flow in a refuge floor when wind is blowing perpendicularly on the building. Moreover, the results reveal that the designed natural ventilation of a refuge floor may not perform desirably when the wind speed on the level is low. Under this situation, the refuge floor may become unsafe if smoke was dispersed in the leeward side of the building at a level immediately below the refuge floor.     

大跨度脊谷式膜屋盖风载分布的实验研究

基于台州某风雨操场脊谷式张拉膜屋盖缩尺模型风洞试验的数据结果,选取典型测点,研究了屋面迎风前缘、过渡区及中轴区的平均风压和脉动风压系数的分布特性。同时,鉴于屋盖的不规则曲面造型,表面风压梯度变化较大,采用单一体型系数反映屋面风载已不能满足要求。文中在结合屋盖自身复杂体型和风压分布特征基础上,按各榀各边片将屋面划分为不同区域,对5个不利风向角下的区域体型系数进行统计分析,并给出各区域体型系数建议取值。最后,针对这类体型屋盖特点和风压分布特性,得出一些结论和建议,为进一步研究该类屋盖的风荷载特性和结构抗风设计提供了依据。     

雷暴冲击风风洞设计及流场测试

鉴于雷暴冲击风试验装置的特殊性以及与低速直流风洞的共通性,参考低速直流风洞的设计方法设计完成了试验装置的洞体结构,并制作了具有调节功能的平板来模拟地面.通过调节平板,该装置能够同时改变冲击风强度、直径、射流高度、入射倾角等冲击风参数.试验测得稳态条件下射流口下竖向风速分布,以及沿竖向分布和水平分布的水平风速,研究了水平距离、高度及冲击风参数的影响.研究结果表明:最大水平风速出现的高度与其水平位置有关;射流速度V_(jet)与射流直径D_(jet)在一定范围内对试验结果影响不大;射流高度h与入射倾角α对冲击风的流场有明显影响.     

多孔砖砌体抗剪强度原位检测的试验研究

多孔砖砌体因具有节约土地能源资源,砌筑效率高,保温隔热和透气性能好等特点,目前已逐步成为砌体结构房屋的主要墙体材料。本文通过多孔砖砌体与标准试件抗剪强度的对比试验研究及试验结果的有限元分析,提出了多孔砖砌体抗剪强度原位双砖双剪的检测方法及其抗剪强度的计算公式。该方法可为多孔砖砌体结构房屋的可靠性评定、房屋建设、事故分析以及抗震加固等提供最基本的技术数据,为多孔砖砌体的应用与推广奠定了基础,并为砌体现场检测技术标准的补充修订提供了依据。