局部开洞的落地四坡房屋表面风压分布研究

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落地四坡房屋具有搭拆简易、携带方便、可重复利用及对场地条件要求低等优势,因而被广泛应用于民用及军事领域。落地四坡房屋因质量轻、刚度及阻尼小、处于大气边界层中风速变化大和湍流度高的近地区域,属于典型的风敏感低矮建筑。由于房屋的使用功能如通风、采光及人流通行等因素,需要对房屋进行开门和窗等洞口,或者因某些外力因素导致局部围护系统和屋盖系统的损坏形成破坏性洞口,此时风压分布发生显著变化,房屋所受风荷载由内、外荷载共同作用。而我国荷载规范(GB50009-2012)仅涉及开洞双坡屋面房屋的风压系数,开洞与封闭双坡屋面房屋的屋盖体型系数比值可达2.6,两者房屋表面风压差异显著;国内外相关规范对于如落地四坡房屋等复杂体型的风压均无相关规定,致使围护构件及整体结构的风荷载计算无据可依,因此亟需对不同开洞布置的落地四坡房屋进行风致响应研究,为类似房屋提供设计理论依据。本文基于流体动力学和大气边界层基本理论,运用FLUENT软件并借助经典开洞TTU标准模型的现场实测试验数据,探讨与分析数值风洞尺寸、网格划分技术、湍流模型、离散格式及求解算法等关键技术及参数,建立单面、双面、三面及四面开洞落地四坡房屋的数值风洞。以来流风向、洞口大小、洞口位置及洞口形状为分析参数,运用数值风洞对104种开洞房屋工况进行表面风压分布特性数值模拟,得到各分区的风压分布。在此基础上,分析总结来流风向、洞口大小、洞口位置、洞口形状及单面、多面开洞对房屋表面风压分布的影响规律,并提出可供围护构件及整体结构抗风设计的风荷载体型系数。结果表明:开洞对落地四坡房屋风压分布影响显著,迎风面单面开洞时最为不利,屋盖的风压系数峰值高达-1.24,设计及使用时应引起足够的重视。
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