风致飞射物致高层建筑玻璃幕墙破坏研究

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随着城市化进程的加快和建造技术的发展,各地的高层建筑数量和体量明显增加,玻璃幕墙也被越来越广泛地运用到建筑的围护结构中。在强风环境下,松散的具有一定质量的构件会被卷起在风场中运动成为风致飞射物,而风致飞射物碎片的冲击正是建筑物围护结构在强风环境下遭受破坏的一个重要原因,此类冲击对于建筑的结构安全和使用观感都会造成比较大的破坏。因此,本文旨在研究典型的飞射物和玻璃幕墙,通过对飞射物的飞行机理、撞击模式、玻璃幕墙的破坏机理和破坏概率进行理论分析和数值模拟,寻找在强风环境下风致飞射物的飞行特性、运动规律和高层建筑围护结构的易损部位,从而更加有效地防止强风环境下风致飞射物对于玻璃幕墙围护结构的破坏,对建筑进行防灾减灾。本文首先研究了不同类型飞射物的飞行特性,并采用计算流体力学(CFD)与理论分析相结合方法和风洞试验数据作为对比,验证了使用动网格数值模拟方法研究风致飞射物的可行性,随后进行了三类飞射物在特定环境下飞行轨迹的全过程模拟,得到三类飞射物在风场中运动的各项运动参数,然后将其运用到飞射物对玻璃面板的冲击模拟中,通过模拟得到钢化玻璃和浮法玻璃在三类飞射物冲击下的破坏模式和裂纹扩展规律,同时模拟得到开洞建筑迎风面风压变化规律:开洞建筑开洞处的风压会增大,其余位置变化较小,迎风面风压随着顺风向方向建筑的距离增减变化较大,随着垂直于风向方向建筑的距离的增减变化较小。以此为基础,运用蒙特卡罗原理得到在满足正态分布下玻璃板在不同高度和风速下应力破坏和挠度破坏的概率密度,最后通过模拟单栋建筑和双栋建筑在不同建筑间距和风向下风场的流线图、速度云图以及风速矢量图,直观地预测并显示出飞射物在不同风环境和建筑环境下的运动趋势和轨迹,具有统计意义。本文研究了飞射物在风场中的运动规律以及玻璃幕墙抗冲击和抗风压性能,提出了一套关于飞射物从起飞到撞击玻璃幕墙全过程研究方案,整合了风致飞射物的分类原则和在风场中的运动方程,模拟了飞射物在真实场景中的运动轨迹并归纳性汇总分析了不同建筑空间下的风场,为研究强风环境下飞射物对于玻璃幕墙围护结构破坏的研究提供了指导,具有工程应用价值。
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