福建土楼群屋面风压干扰效应研究

论文摘要

世界文化遗产福建土楼是世界上独一无二的山区大型夯土民居建筑,以其神奇的聚落环境、特有的空间形式、巧夺天工的建造技术和深邃的土楼文化,令世界瞩目。福建地处东南沿海台风频发地区,而土楼屋盖为轻质木结构,为保护夯土墙避雨挡水,屋檐外挑较大,产生较大极值风压,不利于抗风,致使其屋盖多有风损破坏。土楼建造多以群体形式体现,对于以群落布置的土楼群的风荷载,须考虑其干扰效应。福建土楼是典型的异型低矮建筑,到目前为止,国内外尚未有考虑多个异型低矮建筑间的风干扰效应的研究。因此,多个土楼建筑间的风干扰效应研究具有十分重要的意义。本文在学习总结前人主要研究成果的基础上,采用数值模拟的方法较为系统的研究了福建土楼中最为典型的圆形土楼间的气动干扰效应。首先分析了两个几何外形相同的圆形土楼在不同方向角下,随着间距改变,土楼的风压分布及流场特性,得到了屋面各分区平均风压系数干扰因子变化规律以及不同间距时土楼特征截面处的风特性变化规律,对比单体土楼进行了详细的讨论。然后在两个土楼风干扰的研究基础上,增加一个施扰土楼,探讨三个土楼时土楼周围的流场及其屋面风压系数干扰因子的变化,对比一个施扰土楼的工况,分析施扰建筑个数对风干扰大小的影响程度。最后本文还利用数值模拟技术对田螺坑土楼群进行风干扰分析。在对该地区的气象资料分析基础上,对土楼群体进行数值模拟。分析在最常见风向角东北风下,各土楼周围的风流场的改变,以及屋面各分区风压系数干扰因子的变化。对土楼屋面做出抗风性能评价,并结合土楼建筑特色的实际情况,提出解决方案。本文运用数值模拟的方法对典型低矮异型建筑福建土楼群进行详细分析讨论,获得了不同风向角不同间距土楼屋面各分区风压系数干扰因子的变化规律,研究成果可以为土楼建筑的抗风保护提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 低矮建筑群间风干扰研究概况
• 1.2.1 国外研究
• 1.2.2 国内研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• References
• 第二章 数值分析理论
• 2.1 大气边界层
• 2.1.1 平均风速剖面
• 2.1.2 脉动风的特性
• 2.2 数值分析
• 2.2.1 湍流理论
• 2.2.2 数值分析软件CFD
• 2.3 影响风干扰效应的因素
• 2.3.1 地貌的影响
• 2.3.2 施扰建筑宽度和高度的影响
• 2.3.3 施扰建筑个数的影响
• 2.3.4 建筑群体间间距的影响
• 2.3.5 来流风向
• References
• 第三章 两个土楼间的风干扰效应分析
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型
• 3.3 风特性分析
• 3.3.1 0°风向角
• 3.3.2 45°风向角
• 3.3.3 90°风向角
• 3.4 平均风压系数干扰因子变化规律
• 3.4.1 0°风向角
• 3.4.2 45°风向角
• 3.4.3 90°风向角
• 3.4.4 135°风向角
• 3.4.5 180°风向角
• 3.5 小结
• References
• 第四章 三个土楼间的风干扰效应研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型
• 4.3 风特性分析
• 4.3.1 0°风向角
• 4.3.2 45°风向角
• 4.3.3 90°风向角
• 4.3.4 135°风向角
• 4.4 平均风压系数干扰因子变化规律
• 4.4.1 0°风向角
• 4.4.2 45°风向角
• 4.4.3 90°风向角
• 4.4.4 135°风向角
• 4.5 本章小结
• References
• 第五章 田螺坑土楼群实例分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 田螺坑土楼群数值模拟
• 5.2.1 网格的划分
• 5.2.2 边界条件的设定
• 5.2.3 计算结果的控制
• 5.3 土楼群风特性分析
• 5.3.1 2/3 建筑高度处水平横截面
• 5.3.2 土楼屋面处风压系数图
• 5.3.3 土楼群流线图
• 5.4 土楼群体干扰因子变化规律
• 5.5 本章小结
• References
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 硕士在读期间发表的论文
• 致谢