基于气动措施的低矮房屋抗风设计 ——门式刚架房屋结构的导风设计研究

论文摘要

门式刚架轻钢结构房屋由于具有外形美观、利用空间大、用钢省和建设速度快等特点，近年来被广泛地应用于科技开发区、工业园区的工业厂房。这种建筑相对跨度大，结构重量轻，不利于结构抗风。在沿海台风多发地区，门式刚架房屋风致破坏严重，屋面结构被撕裂括走，刚架结构被掀翻拔起，遭台风损坏的建筑结构中，门式刚架结构占了很大部分，理所当然地成为风灾中的“重灾户”。 鉴于门式刚架建筑的严重风灾损失，一直受到工程界的高度重视，对门式刚架建筑提出了各种抗风措施。但遗憾的是，目前对门式刚架建筑结构的风致破坏问题并未得到较好解决，每次强台风过后，门式刚架结构损坏仍然严重。究其原因，有如下几点：①门式刚架质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低，对风荷载比较敏感；②风速过大。我国每年平均遭遇强台风3-4次，台风中心附近风力常在12级以上，其风压值远远超过《建筑结构荷载规范》给定的当地基本风压；③过于强调采用加固结构、加强连接的构造措施进行抗风。 为有效避免或降低风灾损失，本文提出门式刚架导风设计的方法，其主要思想是采用气动风荷控制措施，在允许的条件下，通过改变结构的外形或设置一些导流设施以达到减轻结构的风荷作用，削弱风荷载对结构的作用效应目的。即借鉴大禹治水之经验，以“疏导”抗风代替“阻堵”抗风的新理念，积极有效而又经济合理地解决风致破坏问题。 本文采用数值模拟方法分析了设置女儿墙对门式刚架房屋屋面风压的影响，通过比较，表明悬挑女儿墙能有效地降低门式刚架屋面风荷载敏感区的负压峰值，并给出了设置女儿墙高度的优化值。 本文采用数值模拟方法分析了房屋倒角气动措施对门式钢架屋面风压的影响，分析了降低门式钢架房屋外风荷载敏感区的负压值和平均风压负值的倒角效应。 本文采用数值模拟方法分析了设置导流孔（开孔）气动措施对门式钢架房屋屋面风压的影响，分析了降低门式钢架屋面风荷载敏感区的负压峰值和平均风压负值设置导流孔的大小和位置效应。 本文采用风洞试验方法，分析研究了设置导流孔对门式刚架屋面风压的影

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的提出
• 1.2 门式刚架房屋屋面风压和风振理论的研究方法
• 1.2.1 风洞试验方法
• 1.2.2 现场实测方法
• 1.2.3 数值模拟方法
• 1.3 门式刚架房屋屋面风压和风振理论的研究现状
• 1.3.1 低矮房屋结构屋面风压的研究现状
• 1.3.2 低矮房屋结构风振理论的研究现状
• 1.4 本文的研究工作
• 第2章 低矮平屋顶房屋数值风洞模拟验算
• 2.1 数值风洞模拟
• 2.1.1 数值风洞模型
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 湍流模型及迎风格式
• 2.2 数值模拟结果与风洞试验及实测结果比较
• 2.2.1 0°风向下模型结构与风洞及实测结果的比较
• 2.2.2 45°风向下模型结构与风洞及实测结果的比较
• 2.3 本章小结
• 第3章 三种女儿墙对低矮房屋平屋面风压影响的数值模拟
• 3.1 竖直女儿墙数值模拟
• 3.1.1 数值风洞模型
• 3.1.2 数值模拟结果分析
• 3.2 水平悬挑女儿墙数值模拟
• 3.2.1 数值风洞模型
• 3.2.2 数值模拟结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 悬挑女儿墙对门式刚架房屋屋面风压影响的数值模拟
• 4.1 数值风洞模型
• 4.2 数值模拟结果分析
• 4.2.1 悬挑女儿墙到屋面的垂直距离对屋面风压的影响
• 4.2.2 各风向下屋面最不利风压分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 房屋倒角的门式刚架房屋的数值模拟
• 5.1 倒角对房屋屋面风压的影响
• 5.1.1 倒角房屋的屋面风压数值模拟
• 5.1.2 倒角大小（倒角圆弧）对屋面风压分布的对比分析
• 5.2 本章小结
• 第6章 开孔门式刚架房屋的数值模拟
• 6.1 开孔位置对房屋屋面风压的影响
• 6.1.1 开孔位置对屋面风压数值模拟
• 6.1.2 开孔位置对屋面风压分布的对比分析
• 6.2 开孔大小对房屋屋面风压的影响
• 6.2.1 开孔面积对屋面风压数值模拟
• 6.2.2 开孔面积对屋面风压分布的对比分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 开孔门式刚架房屋的风洞试验
• 7.1 低矮房屋的试验研究状况
• 7.1.1 平坦矩形房屋
• 7.1.2 双坡矩形房屋
• 7.2 低矮房屋结构屋面的风压试验方法
• 7.2.1 风洞试验的基本方法和数据处理
• 7.2.2 开孔体型房屋的同步测量方法及其数据处理
• 7.3 风洞试验装置及试验工况
• 7.3.1 试验设备
• 7.3.2 试验模型及参数
• 7.3.3 门式刚架风洞试验工况
• 7.4 风洞试验结果分析
• 7.5 风压系数的风洞试验结果与数值模拟结果的比较分析
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士期间发表的论著和主持的科研项目