平屋面建筑雪荷载干扰效应研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yaohaoyuan
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近年来,雪致建筑结构倒塌事件频发,造成的经济损失逐年增大,建筑结构雪荷载的设计愈发受到关注。建筑雪荷载干扰效应会造成建筑屋面积雪分布相比单体情况发生显著变化,而我国现行的建筑结构荷载规范中,仅通过积雪分布系数与基本雪压的乘积对屋面雪荷载进行规定,忽略了建筑间的干扰作用对屋面雪荷载的影响,造成建筑结构设计时雪荷载取值的不合理。以往的建筑雪荷载相关研究中,研究对象主要为单体建筑,关于建筑雪荷载干扰效应的研究较少。为了合理考虑建筑干扰情况下屋面雪荷载分布情况,系统的建筑雪荷载干扰效应研究工作势在必行。本文重点针对平屋面建筑雪荷载干扰效应开展了研究,主要研究内容如下:(1)风雪运动数值模型建立建立风雪运动数值模型是系统研究平屋面建筑雪荷载干扰效应的前提。现有的浓度扩散方法以及多相流方法无法全面考虑空间内雪颗粒的运动过程。为构建适用于建筑雪荷载干扰效应研究的风雪运动数值模型,本文基于欧拉多相流模型,通过修改雪相的控制方程,建立了一套适用于全范围风场条件,考虑雪颗粒扩散的双向耦合风雪运动数值模型,更充分地考虑了雪颗粒复杂的运动过程。经试验与实测验证,本文所建立的风雪运动数值模型能够用于建筑雪荷载干扰效应研究。(2)单体平屋面建筑雪荷载研究单体平屋面建筑雪荷载研究是平屋面建筑雪荷载干扰效应研究的基础性工作。本文首先进行了数值模型关键参数敏感性分析,研究了雪颗粒密度、颗粒粒径、跃移雪颗粒沉降速度等参数对风雪运动的影响,确定了进行建筑屋面雪荷载数值模拟时的关键参数;其次,对不同入流条件对平屋面积雪分布的影响进行了评估,明确了入流边界的设置方法;最后,在此基础上,对单体平屋面建筑的积雪分布开展了研究,重点讨论了风速、女儿墙高度等关键因素影响。(3)两平屋面建筑雪荷载干扰效应研究基于风雪联合试验系统开展了两平屋面建筑降雪试验,初步探讨了施扰建筑位置的影响规律;而后开展了一系列数值模拟研究,进一步讨论了施扰建筑位置对目标建筑屋面积雪的影响,通过对干扰系数的分析,得到了施扰建筑对目标建筑屋面雪荷载的四种典型干扰模式;最后研究了四种典型干扰模式下,施扰建筑高度对目标建筑屋面积雪分布的影响,明确了施扰建筑高度对目标建筑屋面雪荷载的影响规律。(4)平屋面建筑群雪荷载干扰效应研究在两平屋面建筑雪荷载干扰效应研究的基础上,探讨了平屋面建筑群雪荷载干扰效应。通过对不同建筑排列方式、不同建筑高度情况下建筑群雪荷载的数值模拟,明确了建筑排列方式、建筑高度等关键因素对建筑群内各屋面积雪分布形式的影响,指出当建筑间距小于临界建筑间距时,建筑群雪荷载干扰效应不可忽略,此时,建筑群对风场的干扰会导致建筑群内部分建筑屋面积雪总量的显著增加。(5)考虑建筑干扰效应的雪荷载设计方法研究建筑雪荷载干扰效应的最终目的是提出考虑建筑干扰效应的雪荷载设计方法。本文首先对各国规范中雪荷载干扰效应的相关规定进行了对比;而后根据本文对两建筑及建筑群雪荷载干扰效应的研究结果,给出了考虑建筑干扰效应的雪荷载设计方法;最后采用多个案例验证了设计方法的有效性。
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