洪水冲击作用下村镇建筑遮掩效应研究

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每年洪涝灾害给我国带来巨大的损失,缺少合理规划的村镇建筑群相互遮掩效应加剧了洪灾损失,对村镇建筑群优化空间布局研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文基于计算流体动力学和有限体积法建立了洪水冲击荷载数值计算模型,研究洪水冲击对村镇建筑的影响以及不同布置方式下村镇建筑的遮掩效应,根据洪水袭击集中型村镇和沿岸型村镇的特点,将遮掩效应应用于村落建筑群优化布置的研究中,通过对村庄进行合理规划以尽可能地改善过流能力,减小水流对建筑的冲击压力,从而降低洪涝灾害。论文主要研究工作和结论如下:(1)建立了洪水冲击单体建筑的计算模型,研究了不同水头高度下洪水冲击单体建筑时迎流面压力分布和冲击压力峰值变化,并对模型进行了优化,模拟并分析了优化后的流线分布、脱涡情况和流速分布。结果表明:洪水冲击过程中房屋迎流面所受的压力荷载可以分为短时作用的瞬态冲击和长时作用的稳态水流,瞬态冲击时的压力峰值是稳态的1.5~2.0倍,迎流面压力最大值出现在底部,在绕流阻力的作用下建筑后侧两角点处交替出现漩涡并脱落,尾流区速度高峰在两侧交替出现。(2)对比研究了洪水冲击单列和单排建筑的遮掩效应,分析遮掩效应对稳态流场形态及迎流面压力的影响,给出不同布置下合理的建筑间距比。结果表明:由于建筑物的遮掩效应,不同排布在不同间距比下的流场形态及迎流面压力峰值均表现出不同特征,在优化布置中,推荐并列间距比为2,串列间距比为2.5。(3)结合村镇建筑常见布局及并列、串列结论探究洪水冲击“品”字型多体建筑的遮掩效应,分析稳态流场形态及迎流面压力,并将结论应用于对集中型和沿岸型村镇的建筑优化布置中,分析比较优化布置前后的稳态流场形态和典型建筑迎流面压力。结果表明:对于“品”字型布置,推荐同排建筑间距比为2,上下游建筑间距比为2;对村庄进行行列型和集中型优化布置后,流域速度峰值分别降低27.54%、15.86%,压力峰值分别平均降低25.23%、8.83%,行列型布置效果更为优异;对沿岸型村落进行行列型布置,流域速度峰值降低16.76%,压力峰值平均降低22.28%。此结果表明充分利用遮掩效应进行合理规划,对提高村镇建筑抗洪能力有着重要作用。
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