双坡低矮建筑的风绕流和屋面风效应分析

论文摘要

风害是我国特别是东南沿海地区的主要自然灾害。台风灾害调查表明,屋面破坏是低矮双坡屋面房屋的主要破坏形式之一。因此,准确地掌握这类房屋的风绕流及屋面风压分布规律十分重要。基于计算流体动力学（CFD）,运用稳定化流体有限元方法,引入雷诺时均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,进行带檐口双坡低矮建筑屋面风场风压的两维数值模拟与分析。对屋面坡度、檐口竖向高度和水平外伸长度等关键参数,开展双坡低矮屋面周围流场和风压分布的系列化数值计算与分析比较。研究表明,竖向檐口高度变化对屋面风压分布和风载体型系数影响较大；水平外伸檐口自身承受吸力较大,而其长度变化对屋面风压分布影响较小。竖直檐口、或同时配置竖向和水平檐口显著影响双坡屋面的风压分布和风载体型系数,屋面部分区域的负风压增大明显。采用FLUENT软件数值模拟不同风向角来风作用下,不同高宽比、不同坡度的双坡屋面的三维定常风场,分析周围流场及屋面风压系数,总结规律提炼结论以供工程设计参考。研究表明,来风风向角及屋面坡度对屋面的风压系数影响较大,较高的负压区总是出现在迎风一侧的气流分离面附近；房屋高宽比对屋面风压系数影响较小,仅在部分区域引起风压系数的较小变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构风工程及其主要研究方法
• 1.2.2 计算流体动力学的有限元方法
• 1.2.3 湍流的数值模拟方法
• 1.3 本文的主要工作
• 参考文献
• 第二章 基本理论和数值模拟方法
• 2.1 简述
• 2.2 基于Spalart-Allmaras模型的SUPG流体有限元新方法
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 分步算法
• 2.2.3 SUPG有限元方法弱形式
• 2.2.4 有限元离散和求解过程
• 2.3 数值验证及其分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 带檐口双坡低矮建筑屋面风场风压的两维数值模拟与分析
• 3.1 简述
• 3.2 计算区域与边界条件
• 3.3 数值模拟及其分析
• 3.3.1 屋面坡度对屋面风载体型系数的影响
• 3.3.2 水平檐口长度对屋面风载体型系数的影响
• 3.3.3 竖向檐口高度对屋面风载体型系数的影响
• 3.3.4 水平和竖向檐口尺度对屋面风载体型系数的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 双坡低矮建筑屋面的三维风场数值模拟与分析
• 4.1 简述
• 4.2 三维数值模拟方法
• 4.3 数值模拟及其分析
• 4.3.1 来风风向角对屋面风压系数的影响
• 4.3.2 低矮建筑屋面坡度对屋面风压系数的影响
• 4.3.3 低矮建筑高宽比对屋面风压系数的影响
• 4.3.4 双坡低矮建筑屋面两维、三维风压数值模拟结果的比较分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结语与展望
• 5.1 结语
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文与参加科研项目情况
• 本课题组历届研究生学位论文及相关情况一览表