水平悬挑女儿墙对低矮双坡屋面风压的影响

论文摘要

近年来我国沿海地区台风频发,且逐年递增趋势明显,给沿海各省份造成了重大的损失。历次的台风灾害调查表明,在台风破坏的各类房屋中,低矮建筑通常超过半数以上,而在沿海工业密集地区尤以门式刚架厂房为典型的低矮双坡屋面建筑破坏严重。因此深入开展以门式刚架厂房为代表的低矮房屋屋面风荷载特性的研究,进而对低矮房屋屋面结构进行构造优化以满足抗风设计要求,具有十分重要的现实意义。本文在总结前人主要研究成果的基础上,采用风洞实验及CFD数值模拟方法全面系统地研究了加设不同高度、不同宽度水平悬挑女儿墙对典型低矮建筑(门式刚架轻钢厂房)双坡屋面风压的影响,总结出相应结论及优化设置参数值。本文首先对国内外有关低矮建筑抗风现状及低矮建筑屋面风荷载特性的研究状况进行了归纳总结,研究了低矮建筑房屋的抗风现状及其屋面风荷载特性,并阐述了大气边界层环境风特性及影响屋面风荷载的因素,并对低矮屋面风致破坏机理进行了分析,然后对CFD数值模拟基本理论及技术进行了较为详细的论述。接着采用风洞试验的方法,分析研究了加设不同高度水平悬挑女儿墙对沿海台风多发区量大面广的门式刚架轻钢厂房这一典型低矮建筑屋面风压的影响,得出了该试验模型水平悬挑女儿墙的优化设置高度值。最后本文进一步在此基础上对加设不同高度、不同宽度水平悬挑女儿墙的低矮建筑屋面风荷载特性进行大量的CFD数值模拟,并与风洞实验结果进行对比,较为全面系统的分析研究了加设不同的水平悬挑女儿墙对屋面风压分布的影响,结果表明设置不同高度不同宽度水平悬挑女儿墙对低矮建筑屋面有较好的减压卸载作用,其最佳效果与水平悬挑女儿墙高、宽度的合理设置有关。最后根据风洞试验及数值模拟结果归纳总结相应有益结论并给出水平悬挑女儿墙最优高度参数值。本文的研究成果及优化设置参数可为研究低矮建筑抗风提供理论指导,也可为风灾害区制订相应的低矮建筑抗风设计标准和规范提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 低矮型建筑抗风防灾的研究方法、现状与存在的问题
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 现究方法
• 1.2.3 研究现状
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 本文研究的背景及主要工作
• 1.3.1 研究背景及以“导”代“抗”的抗风防风理念
• 1.3.2 本文的工作内容
• 参考文献
• 第二章 大气边界层环境风特性及低矮屋面风致破坏机理
• 2.1 概述
• 2.2 平均风特性
• 2.2.1 指数律模型
• 2.2.2 对数律模型
• 2.3 脉动风特性
• 2.3.1 湍流强度
• 2.3.2 湍流积分尺度
• 2.3.3 湍流脉动风速谱
• 2.4 低矮屋面风荷载特性及风致破坏机理
• 2.4.1 屋面风荷载
• 2.4.2 影响屋面风荷载的因素分析
• 2.4.3 屋面风致破坏机理
• 参考文献
• 第三章 CFD 数值模拟基本理论及技术
• 3.1 CFD 的求解过程
• 3.2 湍流流动的基本控制方程的建立
• 3.2.1 湍流现象概述
• 3.2.2 基本控制方程的建立
• 3.3 基于有限体积法控制微分方程的离散
• 3.3.1 离散化的目的及使用的网格
• 3.3.2 常用的离散化方法
• 3.3.3 常用的离散的格式
• 3.5 数值模拟的湍流物理模型
• 3.6 网格的划分技术
• 3.7 近壁面区的处理
• 参考文献
• 第四章 加设不同高度水平悬挑女儿墙风洞试验分析
• 4.1 风洞试验设备与风场模拟
• 4.2 风洞试验模型
• 4.2.1 模型尺寸、屋面测点布置及屋面分区
• 4.2.2 水平悬挑女儿墙的设置
• 4.3 风洞试验数据处理
• 4.4 风洞实验数据分析
• 4.5.1 0 度风向角下屋面风压对比分析
• 4.5.2 45 度风向角下屋面风压对比分析
• 4.5.3 90 度风向角下屋面风压对比分析
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 加设不同高度不同宽度水平悬挑女儿墙数值模拟分析
• 5.1 概述
• 5.2 数值风洞模型
• 5.2.1 数值风洞计算域构成
• 5.2.2 计算域网格划分
• 5.2.3 数值风洞计算域边界条件
• 5.2.4 离散格式的确定
• 5.2.5 时间步长
• 5.3 数值模拟与风洞试验结果比较分析
• 5.3.1 结果比较
• 5.3.2 结果分析
• 5.3.3 误差分析
• 5.4 加设不同高度水平悬挑女儿墙的数值模拟分析
• 5.4.1 加设宽b=0.40m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.2 加设宽b=0.50m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.3 加设宽b=0.60m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.4 加设宽b=0.70m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.5 加设宽b=0.80m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.6 加设宽b=1.00m 不同高度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.4.7 加设定宽而不同高度水平悬挑女儿墙的高度优化统计
• 5.5 加设不同宽度水平悬挑女儿墙的数值模拟分析
• 5.5.1 加设高h=0.18m 不同宽度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.5.2 加设高h=0.22m 不同宽度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.5.3 加设高h=0.27m 不同宽度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.5.4 加设高h=0.40m 不同宽度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.5.5 加设高h=0.50m 不同宽度水平女儿墙的数值模拟比较
• 5.5.6 加设定高而不同宽度水平悬挑女儿墙的屋面风荷载特性统计表
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 6.1 回顾及总结
• 6.2 工作展望
• 致谢