异形低矮房屋风载特性数值模拟研究

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近些年,我国沿海地区极端风气候(如台风)多发,导致大量村镇民居建筑损毁。然而,风灾调查显示,低矮房屋的损毁基本为屋面结构的破坏,尤其是由屋面迎风边缘、角部及屋脊局部区域的破坏,最终导致屋面整体破坏。根据调研,实际上,体型的变化对屋面风载特性影响非常大。因此,并不能简单的从规范中其它体型的体型系数找到变化规律。因此,针对异形体型展开深入的风载特性研究很有必要。本文围绕问题主要展开了以下工作:(1)详细阐述了计算流体力学(CFD)的基本理论。分别从大气边界层理论、数值计算的基本控制方程及湍流物理模型的方面介绍了计算流体力学领域中与建筑结构抗风数值模拟相关的基本知识,其目的是理解风工程中的理论基础。(2)通过Fluent软件,采用基于Reynolds时均的RNG k-?湍流模型,对L型、T形、凹形低矮双坡房屋的数值模拟结果,通过文献里的风洞试验进行验证,并且把模拟结果和《建筑结构荷载规范》里面的结果进行了对比,从而去证明数值模拟结果分析低矮房屋表面风压的可靠性。建立适用于低矮建筑结构的数值风洞模型,并将各湍流模型的计算结果进行比较分析,研究了合理建立适于钝体结构的数值风洞模型的分析方法,包括网格的划分,湍流模型的选取及关键参数设置等。(3)对这几种异形低矮双坡房屋,在不同坡角、不同风向角下进行了分析,并对它们的屋面平均风压分布大小进行了对比,分析不同体型的风压变化规律,用概率的方法对比不同体型屋面的风压分布,最后分别给出它们在建筑抗风设计时的体型系数建议值,指导工程设计。(4)最后对本文的研究工作进行了总结,归纳出主要的研究结论,并提出进一步研究的工作,以及论文研究中存在的不足。
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