平面腹部凸出双坡屋面风致雪漂移研究

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平面腹部凸出的双坡房屋在我国野营房屋及民用房屋中得到广泛应用,然而目前的设计规范尚未给出这种体形的积雪分布系数,其结构抗雪设计往往仅能近似参考双坡屋面,尤其当这类房屋自重较轻时,属于对风雪荷载敏感的结构,其设计可能存在安全隐患,因此对平面腹部凸出双坡房屋的积雪规律及积雪分布系数进行研究及探讨,可为规范提供理论依据及工程设计应用,具有较好的理论意义及工程价值。基于计算流体动力学原理和两相流理论,运用ICEM CFD软件进行数值建模,采用FLUENT软件中的Mixture多相流模型对立方体及高低屋面的风致雪漂进行数值模拟,并与实测数据进行对比,分析与探讨参数选取及边界条件设置。对平面腹部凸出双坡房屋进行风致雪漂数值风洞试算,得到屋面积雪分布规律的基础上,设计出3种分析模型及屋面的分区划分,以风向角0°、45°、90°、135°、180°,风速5m/s、7.5m/s、10m/s、12.5m/s、15m/s,及屋面坡角20°、31°、40°为变量参数的195种工况的风致雪漂移运动进行数值模拟分析,得到各工况下房屋屋面风致雪漂分布规律及可供抗雪设计的各分区积雪分布系数。研究结果表明:随着模拟时长的增加,各分区的积雪侵蚀程度都普遍增加,迎风区表现的较为明显,背风区相对比较缓和,说明迎风区比背风区的积雪分布对风的作用更为敏感;在观察屋面积雪分布规律的基础上对房屋屋面进行分区,能更好反映积雪沿屋脊长度方向的分布特性,分区后屋面中部的积雪分布系数值超过不分区约9%,分区后的积雪系数值有利于荷载设计的安全性及合理性;当双坡房屋含有腹部凸出的过渡区域时,会增加背风区的积雪堆积程度,腹部凸块对主体结构影响明显,若仅参考双坡屋面积雪系数进行设计,存在安全隐患,设计人员应予以注意。
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