角部开洞低矮房屋的风压特性研究

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在我国东南沿海地区的大多数建筑为低矮房屋建筑,风荷载是低矮建筑的控制荷载之一。低矮建筑在风灾中损毁最为严重,其主要破坏形式是屋盖迎风角部边缘的局部损坏,因此研究局部损坏时低矮房屋的风压分布特性,为完善低矮建筑的抗风设计具有非常重要的理论意义和工程实践价值。本文基于计算流体动力学(CFD)原理,采用数值模拟方法研究角部开洞低矮房屋的风压特性。首先以相关的风洞实验为基础,对比数值模拟结果,验证数值模拟方法的正确性。然后研究了不同角部开洞形式的低矮房屋建筑采用不同屋面构造女儿墙形式时,在不同风向角、不同风速下的外压、内压和净压分布。最后对角部开洞低矮房屋的风致干扰效应进行研究,研究了角部开洞低矮房屋在周围存在施扰建筑物时的风压系数分布特性。并对比了最不利工况下采用不同湍流模型的风压分布结果。本文研究得到的主要结论包括:(1)由于屋盖角部区域是整体房屋中最薄弱的部分,所以对于低矮房屋在加有女儿墙时可以明显的降低风压系数,角部加高女儿墙形式降低风压系数最为明显。(2)屋盖角部的洞口破坏形式三角形破坏形式大于矩形洞口破坏形式,不利风向角为45°和60°。(3)干扰效应下的角部开洞低矮房屋中角部加高女儿墙抗风性好,三角形开洞破坏形式危险。在施扰物存在时,干扰因子为负数,改变了风的特性,受扰物屋盖由吸力变为压力。并提出了“遮挡效应”的存在,即建筑物间在顺风向环境下的静力干扰。(4)三种湍流模型即标准湍流模型、RNG湍流模型以及可实现湍流模型的对比,得到RNG湍流模型计算精度高,残差收敛快。
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