客家土楼风荷载特性风洞实验研究

论文摘要

客家土楼地处东南沿海省份,分布数量繁多,近年来随着生产与建设的发展,全球气候的变化,屡次遭受台风破坏,且大多源于屋盖结构的破坏,其主要原因是屋檐悬挑过大,极易导致屋盖上下表面形成“上吸下顶”的叠加效应;但目前为止对风作用下屋檐的风荷载特性影响研究为数不多,加之其独特的体型结构,很难用现有规范给出的单体建筑体型系数去近似,且我国《建筑结构荷载规范》没有对结构上、下表面体型系数做相应的规定,同时现代的计算机风场模拟技术也很难完全准确的模拟土楼建筑这种低矮异型结构的风场,因此风洞实验显得势在必行。本文首先确定研究对象,进行实地调研,了解客家土楼的结构特点和地理环境情况,确定原型并对原型尺寸稍加修改使之更具有普遍性和代表性以建立单体模型,完成风洞实验,得到其风荷载特性。同时完成相应的数值模拟,通过数值模拟与风洞实验结果对比,分析表明数值模拟结果可信,将CFD数值模拟技术用在研究客家土楼屋盖风荷载特性上可行。收集近年来国内外在低矮建筑风荷载特性方面的研究资料,分析低矮建筑屋面的风荷载特性及风致破坏机理,并对影响低矮建筑风压分布特性的诸多因素进行了较全面的归纳和分析以确定土楼模型的相关变化参数,完成相应的数值模拟计算,以对风洞实验结果形成有力补充。通过对风洞实验和数值模拟结果对比分析,得到单体圆楼(方楼)屋面风荷载随屋面坡度与高径比(高宽比)的变化的变化规律,并总结出相应屋面分区的体型系数以供设计参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 低矮建筑风荷载特性的研究现状
• 1.3 风工程研究方法
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 风洞实验方案及测量系统
• 2.1 引言
• 2.2 风洞实验简介
• 2.2.1 风场模拟的相似准则
• 2.2.2 风洞设备
• 2.2.3 测量系统
• 2.3 实验概况
• 2.3.1 实验模型和测点布置
• 2.3.2 大气边界层风场的模拟
• 2.3.3 风洞中的参考点位置
• 2.3.4 实验风速、采样频率和样本长度
• 2.3.5 不同风向角下各测点的平均风压系数
• 2.3.6 不同风向角下各测点的体型系数
• 第三章 圆形土楼屋盖风荷载特性风洞实验及数值模拟研究
• 3.1 风洞实验
• 3.1.1 风洞实验模型
• 3.1.2 风洞实验结果
• 3.2 数值模拟
• 3.2.1 数值风洞计算域构成
• 3.2.2 计算域网格划分
• 3.2.3 边界条件的设定
• 3.2.4 数据处理方法
• 3.3 数值模拟、风洞实验计算结果对比及分析
• 3.3.1 数值模拟与风洞实验结果对比
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 不同坡角对屋盖风荷载影响的数值分析
• 3.5 不同高径比对屋盖风荷载影响的数值分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 方形土楼屋盖风荷载数值模拟研究
• 4.1 风洞实验
• 4.1.1 实验模型
• 4.1.2 风洞实验结果
• 4.2 数值模拟
• 4.2.1 数值风洞计算域构成
• 4.2.2 计算域网格划分
• 4.2.3 边界条件的设定
• 4.2.4 数据处理方法
• 4.3 数值模拟、风洞实验计算结果对比及分析
• 4.3.1 数值模拟与风洞实验结果对比
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 不同坡角对屋盖风荷载影响的数值分析
• 4.5 不同高径比对屋盖风荷载影响的数值分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 进一步工作的设想
• 参考文献
• 致谢