强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

风场和周边环境干扰对高层建筑平均风压的影响

就风场和周边干扰对高层建筑平均风压的影响进行了研究。结果表明:风场类型对高层建筑平均风压有较大的影响,当高层建筑无周边建筑干扰时,绝大多数情况下,不同场地类别的平均风压系数由大到小依次是B类、C类、D类;周边干扰对高层建筑平均风压的影响与干扰建筑所处位置有关,当干扰建筑位于高层建筑斜前方时,高层建筑迎风面的平均风压系数减小,当干扰建筑位于高层建筑来流斜下游时,高层建筑背风面的平均风压系数绝对值可能增大。     

低矮建筑双坡屋盖上风压系数的概率分布

风灾调查显示,大部分的低矮建筑破坏都是从局部破坏开始的,因此深入研究建筑表面局部风压的概率统计特性从而合理估计极值风荷载,对减少低矮建筑的风致破坏有很大意义.基于东京工艺大学的在线低矮建筑气动数据库中的数据,以其中一个模型工况试验结果为例,分析屋面风压的概率分布特性.     

低矮建筑平均风压试验研究

通过一系列不同外形尺寸的单跨双坡低矮建筑刚性模型风洞测压试验,分析了不同风向角情况下结构表面的平均风压系数分布规律,重点考察了建筑结构外形参数和风场条件对低矮建筑主体承重结构风压系数的影响.     

低矮房屋风致干扰效应研究

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,对低矮双坡屋面单体房屋屋面的局部风压进行了数值模拟,并将模拟结果同风洞试验结果做了对比,验证了数值模拟方法在模拟低矮双坡屋面房屋屋面风压方面的准确性和可靠性。此外研究了两栋同体型双坡屋面房屋的风致干扰效应,综合考虑了不同排列方式、布置间距以及风向角的影响。结果表明:该类房屋的迎风挑檐最易受风致干扰影响,且并列布置下干扰效应最为明显,错列布置次之,并列布置则较弱。为考虑放大的干扰影响,定量给出了房屋屋面风压增大部位的干扰系数,以供同类房屋抗风设计时采用。     

周围建筑群对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应研究∗

大跨穹顶屋盖的风荷载会受到周围建筑群的影响,然而目前的规范中给出的风荷载并没有考虑此影响因素, 本文研究了周围建筑群的建筑布置形式和建筑面积密度对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应及其作用规律。运用计算流体力学(CFD)方法中的雷诺时均方法定常计算屋面平均风压,其中采用指数率风速剖面定义平均风速,采用重组化群 k?ε 湍流模型模拟湍流特性,并与风洞试验结果进行对比验证了数值模拟方法的准确性。通过在数值风洞中建立大跨穹顶结构与干扰建筑群的组合模型,考虑五种建筑布置形式、四种建筑面积密度和 0°~360°风向角, 分析穹顶屋面各区域在典型风向下和最不利风向下的风压系数和干扰因子,研究不同的建筑布置形式和建筑面积密度引起的干扰效应。结果表明,当来流上游和下游均有干扰建筑时屋面风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋面风压显著放大;考虑建筑布置形式,穹顶结构相对的两侧有干扰建筑是最不利布置形式,其中屋面的中心区域和紧邻干扰建筑的区域是干扰效应最剧烈的屋面区域,在结构设计中需要重点关注;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,屋面区域风压的“放大效应”和“缩减效应”均会随建筑面积密度的增大而加剧。本文的研究结果可为大跨穹顶结构的抗风设计提供依据。     

低矮建筑几何参数对其双坡屋盖上最不利风压系数的影响

风灾调查显示大部分低矮建筑破坏都是从屋盖开始的,一般由最初的局部屋盖破坏逐渐扩展,最终导致整个屋盖破坏甚至房屋倒塌,局部风压极值对于低矮建筑抗风设计具有非常重要的意义.对108个双坡屋面建筑模型进行了表面压力测量风洞试验.试验模型、几何参数定义和坐标轴定义如图1和表1所示.     

带不同洞口低矮房屋屋面风压的数值模拟

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湍流模型对体型比为1.5∶1∶1的封闭、单一洞口及两个洞口的低矮房屋模型的屋面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,研究结果与同体型比的实测房屋及风洞试验结果对比表明:数值模拟结果与实测及风洞结果基本吻合,验证了SST k-ω湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性;两洞口的屋面平均净风压系数与封闭房屋比较接近,单一洞口的位置对平均内风压系数的影响较大,其中迎风面出现单一洞口时,屋面净风压系数绝对值最大,在台风作用下最容易破坏。结果可为国内低矮房屋设计提供有价值的参考。     

多个主开洞的低矮建筑风压特性研究

研究多个主开洞的低矮建筑风压特性对于其抗风意义重大,但目前此类研究有限。依托CFD数值模拟计算平台,研究单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。研究典型低矮建筑在单面多主开洞和多面多主开洞时,不同风速和风向角下的表面平均风压变化规律。分析得到多个开洞建筑的洞口位置、洞口数量和分布对平均风压系数的影响规律,发现单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。对于多面多个主开洞建筑,发现并提出"通口效应"的存在。研究成果可为多个主开洞低矮房屋的抗风设计提供参考。     

墙面开洞所致低矮房屋屋面局部风压特性研究

对体型比为1.5∶1∶1的双坡屋面低矮房屋表面风压进行了数值模拟,模拟结果与同体型比的低矮建筑风洞试验结果对比的表明:所提数值模拟方法能较好地反映低矮建筑表面风压的分布,由其得到的表面风压与风洞试验结果吻合较好。以风向角为变量,深入研究了墙面开洞面积及位置对低矮房屋屋面局部风压的影响规律。结果表明,房屋墙面开洞对屋面外风压影响较小;不同墙面开洞工况对屋面风压的影响与来流风向密切相关,迎风墙面存在单一洞口时,内压与外压联合作用会显著放大其屋面风荷载。我国荷载规范在规定存在洞口的低矮房屋抗风设计时,尚需考虑风致内压的影响。     

基于极值Ⅰ型分布的风压系数极值的计算方法

实测和试验结果表明,建筑上风压系数具有很强的非高斯性,然而,目前计算风压系数极值的峰值因子法确是基于高斯假定的,这可能导致建筑的围护结构风荷载被严重低估.因此,研究非高斯风压系数极值的更准确的计算方法,具有重要的实用意义.     

低矮房屋体形系数的修正及风荷载计算方法研究

低矮房屋在强风作用下倒塌破坏给村镇区域造成严重损失,因此研究低矮房屋表面风荷载特性和分布规律,建立有效的抗风设计方法尤为重要。对10种屋面倾角、3种高深比、3种宽深比,共60个双坡低矮房屋模型进行了风场数值模拟研究,采用分区法获得屋面最不利风荷载分区体型系数,并分析了屋面倾角、高深比、宽深比对风压分布的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了屋面倾角、高深比和宽深比三参数的拟合,并将拟合公式和多国风荷载规范给定值进行比较,验证了拟合公式的可靠性。以拟合公式为基础,给出了我国荷载规范中风荷载分区体型系数的建议值,并用于屋面风荷载的计算,改进我国荷载规范中平均风压的计算方法,给出了合理的抗风简化计算公式。     

阶梯型大跨屋盖结构风荷载数值模拟研究

以某阶梯型体育馆为研究对象,基于CFD数值模拟方法,利用RNGκ-ε湍流模型对阶梯型大跨屋盖风荷载进行了研究,并与风洞试验结果进行对比分析,得出阶梯型大跨屋盖结构表面的风压分布及变化规律,为此类复杂体型的大跨结构抗风研究提供依据。结果表明:1CFD数值模拟技术可用于实际结构风荷载的分析研究;2阶梯型屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响,高度差较小一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数呈负压,高度差较大一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数为正压;3此类阶梯型大跨结构屋面风压分布主要以吸力为主;4阶梯型屋盖屋檐处的风压系数较转角凹处小,需对风压系数较高的位置做好预防措施。     

平面局部凸出的双坡房屋表面风压特性分析及体型优化研究∗

以计算流体动力学和大气边界层基本理论为依据,对平面局部凸出的双坡野营房屋表面风压分布特性展开研究,在此基础上对其建筑外形进行合理的优化。研究过程中运用Fluent软件对模型进行分析和计算,并将数值模拟与TTU实测的结果进行对比,进而确定数值风洞的相关参数。将我国野营房屋使用的功能要求以及人体活动所需的空间尺度等作为依据,在此基础上建立模型,并在风向角、辅助建筑相对尺寸和建筑平面布置形式等的变化下,计算分析房屋表面的风压分布规律,最后将结果归纳为房屋的风荷载体型系数,以便抗风设计使用。进一步将房屋表面风压的平均值、极值和标准差作为优化目标,对平面局部凸出的双坡野营房屋的体型进行优化,最终得到该类型房屋风作用最小的合理建筑外形,以提高其抗风性能。结果表明:轻型双坡野营房屋因自身凸出的辅助建筑的存在,建筑周围的气流运动会受到影响,从而使建筑表面风压分布规律发生变化,更会出现主体建筑局部风荷载体型系数发生变号的现象,鉴于以上情况,可知辅助建筑对建筑表面风压的影响在抗风设计中必须予以重视。     

闽南红砖大厝庭院形态对屋面风压与风场的影响研究

基于ANSYS Fluent软件选用RNG k-ε湍流模型,以闽南红砖大厝民居为对象,通过数值计算、分组对比分析庭院与厝埕的进深对风场及屋面风压分布的影响并探讨利于抗风的建筑形式。研究表明:①随院落宽度的增加屋面最大平均风压系数绝对值呈现显著地降低又升高,最大降低21.2%;庭院宽度与进深的比例为1.5时屋面最大平均风压系数和整体平均风压系数绝对值最小,利于防风。②随院落进深的增加,屋面最大平均风压系数绝对值呈现显著地降低又升高,最大降低26.0%,庭院宽度与进深的比例为0.67时屋面最大平均风压系数和整体平均风压系数绝对值最小,利于防风。③有厝埕的屋面最大平均风压系数绝对值、整体平均风压系数绝对值与无厝埕相比均显著下降,最大平均风压系数绝对值降低了48.7%;随着厝埕进深的减小,除少量测点外,平均风压系数绝对值降低,降低最大幅度为26%。     

低矮建筑物的抗风研究现状

对国外低矮建筑抗风问题的研究和应用现状进行了综述。全文共分3部分，第一部分论述了低矮建筑的体型对表面风压的影响；第二部分是关于屋檐构造和屋面材料对低矮建筑的抗风影响；第三部分介绍了低矮建筑空气动力学数据库。最后，通过这些介绍和评述，提出了一些需要进一步研究的问题。     

大跨度多肢屋盖风荷载特性试验与模拟研究

我国现有建筑荷载规范对复杂大跨度结构的风荷载取值缺乏明确规定。因此,以成都某超大跨度多肢屋盖形式的航站楼为例,采用刚性测压模型风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了该超大跨度屋盖在24个风向角下的风荷载分布规律,并对比验证了现有计算流体动力学方法对复杂大跨屋盖风荷载模拟的有效性和准确性。结果表明:大跨度多肢屋盖上表面基本为负压,各分肢由于外挑屋檐弧度大、转角多、顺风深度窄,屋盖负压值较其他区域更大,是此类屋盖设计时应重点加强的部位;270°为最不利风向角,由于迎风宽度较大,C指廊迎风向屋檐转角处平均风压系数达到-1.4。0°风向角下由于周边建筑高度较低,进深较短,尾流对试验段航站楼影响基本可以忽略;负风压系数负值沿屋檐外轮廓曲线变化呈两端大中间小的趋势。数值风洞对平均风压系数的模拟结果与试验结果吻合较好。     

低矮开洞建筑风致内压试验研究

由于建筑物门窗破坏等原因导致开洞,外部气流沿开洞传播,风致内压急剧增大,使得内外风压共同作用成为导致建筑结构破坏甚至倒塌的重要原因.通过一系列不同条件下的单个常开洞低矮建筑刚性模型风洞测压试验,分析了内压的脉动特性以及脉动来源,同时利用稳态理论与非定常理论预测内压系数,并与试验值进行比较.     

福建沿海历史街区风荷载特性数值模拟与风险防控方法

通过ANSYS Fluent软件选用RNG k-ε湍流模型,以福建沿海历史街区为对象,数值计算分析街道形态与路网形式对极值风压系数分布的影响并探讨风灾防控的策略。研究表明:单一街道在全风向下高宽比(1.33)产生爬越流时极值负压系数绝对值较大,最大负压系数绝对值产生于风向与街道垂直且高宽比最大(1.33)的条件下;随风向由垂直于街道变为平行,多条街道相交与单一街道风压系数变化一致:整体的正、负压系数绝对值和范围均大幅度降低,单一街道、同一高宽比的极值负压系数绝对值最大降低64.74%,平均降低了43.93%。对三坊七巷与和平路历史街区造成风致破坏的最重要因素是临近历史街区的高层建筑带来的极值正压与负压系数,其次为开敞空间与街区道路走向。极值负压系数绝对值在建筑间距/高度3.5～5.8时成正相关,拟合曲线为抛物线,在建筑间距/高度大于5.8时极值负压系数绝对值均趋于稳定值。当风向与方格路网垂直时,高密度低矮建筑的风荷载极值与建筑所在的道路走向(平行或垂直)不相关。历史街区的风灾防控可从绿化配置和建设控制地带建筑优化两方面实现。     

福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究∗

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD 数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明：圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5 和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05（h 为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离）、倾角θ =-45°、波纹圆弧半径R = 5.5 m 时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1% 和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。