檐口构造对四坡低矮房屋屋面风压分布影响规律的数值模拟研究-论文
低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析
第3期
焦燏烽, 等: 低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析与实用计算
313
无量纲化后, 上述方程可写成如下统一形式:
5 5xj
Uj 5 -
#
55 5xj
=
S
( 5)
式中 5 代表变量 U j ( j = 1, 2, 3) , k 及 E; # 为有效
扩散系数, S 为源项。
采用控制容积积分法对控制微分方程( 5) 进
lengt h-w idt h rat io ( 90bw ind direct ion)
的风压系数 CPi 按该点所属面积 A i 作加权平均后 得到的。图 3 给出了 25b 坡角时, 屋面在 90b 风向角 下的风载体型系数随屋面长宽比的变化曲线。由此
图可见, 随着长宽比的增大, 曲线趋于平缓, 说明长 宽比对四坡屋面的风载体型系数的影响不很明显,
5 Uj 5xi
( 2)
Uj
5k 5x j
=
5 5x
j
v+
vt Rk
5k 5xj
+ vt
5 Ui 5xj
+
5 Uj 5xi
5Ui 5xj
-
E
( 3)
Uj
5E 5xj
=
5 5xj
v+
vt RE
5E 5x j
+
C1 kEv t
5Ui 5xj
+
5Uj 5xi
5 Ui 5xj
-
C2
E2 k
( 4)
Байду номын сангаас
式中 P 为平均压力, U j ( j = 1, 2, 3) 为平均速度 分量, k 和 E分别为湍流动能及其耗散率, v 为气流 运动粘性系数, v t = CLk 2 / E为湍流涡粘性系数; 各 常系数的取值为[ 8] : CL= 0. 09, C1 = 1. 14, C2 = 1. 92, Rk = 1. 0, RE= 1. 3。
坡地建筑结构设计问题及要点探讨-结构设计论文-设计论文
坡地建筑结构设计问题及要点探讨-结构设计论文-设计论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：现阶段所采取的坡地建筑结构设计方法在实际应用中存在局限之处，实际结果与计算模型存在较大差异。
文章以坡地建筑结构设计的问题作为切入点，探讨相适应的设计方法，总结设计要点，以期给坡地建筑结构设计工作提供参考。
关键词：坡地建筑；结构设计；基础设计1坡地建筑结构设计中的主要问题以及设计方法1.1设计建模问题及其设计方法（1）通过YJK结构设计软件建模，需遵循逐层设置支座的原则，实际操作环节较多、工作量较大，在层数较高的坡地建筑中缺乏可行性，即便在小型坡地建筑结构设计工作中也需要耗费大量时间。
（2）YJK建模楼层组装过程中，与基础相连构件的最大底标高填写与基础相连的最大底标高，即对应的是开始掉层的柱顶，在此工作机制下软件会自动识别支座，操作相对便捷。
上述提到的两种建模方法均需在相应楼层根据土推力的支座反力输入等效水平推力，使软件自动计算各工况作用下的抗倾覆稳定性。
虽然上述两种计算方法现阶段的坡地建筑结构设计中都得到广泛应用，但由于坡地建筑抗震资料不足以及设计人员坡地建筑项目经验不足，导致施工过程中出现失控的现象，建筑施工要素难以得到把控，过于呆板地依据经验开展设计工作，缺乏对实际情况的分析，所得方案与实际需求不匹配。
此时，设计人员需要提高综合水平，广泛收集抗震设计相关资料，兼顾多方面因素系统性地做好结构设计工作，保证各项设计内容都满足要求。
1.2基础设计问题及其设计方法坡地建筑常用基础形式有筏板基础、复合地基基础和桩基础[1]。
筏板基础、复合地基基础是风化岩土层或基岩出露面较浅的坡地建筑常用的基础形式，关键在于尽量保证基底持力层一致，基底标高尽量处于同一水平面及不存在临空面。
当地基基础附近有临空面时，应验算向临空面的倾覆和滑移稳定性。
存在不稳定的临空面时，应将基础加埋深加大至下伏稳定岩体，并满足抗倾覆和抗滑移要求。
条文说明08
8风荷载8.1 风荷载标准值及基本风压影响结构风荷载因素较多，计算方法也可以有多种多样，但是它们将直接关系到风荷载的取值和结构安全，要以强制性条文分别规定主体结构和围护结构风荷载标准值确实定方法，以到达保证结构安全的最低要求。
对于主要受力结构，风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。
由于在高层建筑和高耸结构等悬臂型结构的风振计算中，往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用平均风压乘以风振系数βz ，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。
对非悬臂型的结构，如大跨空间结构，计算公式〔8,1.1-1〕中风荷载标准值也可理解为结构的静力等效风荷载。
对于围护结构，由于其刚性一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，此时可仅在平均风压的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因素，可通过局部风压体型系数μsl 和阵风系数βgz 来计算其风荷载。
基本风压确实定方法和重现期直接关系到当地基本风压值的大小，因而也直接关系到建筑结构茌风荷载作用下的安全，必须以强制性条文作规定。
确定基本风压的方法包括对观测场地、风速仪的类型和高度以及统计方法的规定，重现期为50年的风压即为传统意义上的50年一遇的最大风压。
基本风压w 0是根据当地气象台站历年来的最大风速记录，按基本风速的标准要求，将不同风速仪高度和时次时距的年最大风速，统一换算为离地10m 高，自记10min 平均年最大风速数据，经统计分析确定重现期为50年的最大风速，作为当地的基本风速υ0，再按以下贝努利公式计算得到：20021ρυ=w 详细方法见本标准附录E 。
对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，这类结构风荷载很重要，计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因此基本风压应适当提高。
开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究
开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究贾永新张勇（北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044）摘要：历次风灾表明，轻钢低矮房屋（如开敞式拱形波纹屋盖仓库）在风灾中破坏尤为严重。
因此，本文通过对几种常见的工程参数组合下的开敞式金属拱型波纹屋盖结构进行系统的单参数及正交试验分析，得到这类结构屋盖上的风压分布规律，以及对此类结构体型系数影响显著的参数，然后参照我国现行《建筑结构荷载规范》，给出这类拱形波纹屋盖结构的体型系数，从而为修订新的荷载规范积累资料和方便设计施工人员参考使用，在减少风灾对人类造成的损失方面具有实际意义。
关键词：开敞式，拱型波纹屋盖结构；正交分析；风压分布；体型系数Study on Wind Pressure Distribution And The Shape Coefficient ofOpen-style Arched Corrugated RoofJia Yongxin , Zhang Yong（School of Civil Engineering and Architecture，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）Abstract: In this paper, through the single parameter and orthogonal test analysis of the open-arched corrugated metal roof structure under several common parameter combination, obtained such structure distribution of wind pressure, as well as the parameters of affecting such structures’shape coefficient significantly. Finally, reference to the China's current "Building Structural Load Code", gives the shape coefficient of such structure, In order to accumulating the information for the code Amendment and providing convenience for designers.Keywords：open-type; arched corrugated steel roof; orthogonal analysis; wind pressuredistribution; shape coefficient of building1.引言拱形波纹钢屋盖是一种冷弯薄壁空间钢结构，以其用钢量小、造价低廉、施工速度快、防水性能好及造型优美等突出优点，而具有良好的经济效益和应用前景。
檐口形状及附属构造对低矮建筑双坡屋面风压特性的影响
ｏ ｒｌ ｏ ｓｓ ｎｓｕｈ ａｔ ｏ ｓ ｌ ｒａｏ ｈｎ ｎ ｅｄａ ｉｇｃｌ ｃｉ ｓｏ ｃ ｉｈ ｕｅ ｈｊ ｎ ｒｖｎ ｅ ８ｋｎ ｓ ｆ ｕａ ｈ ｕｅ ｏｔｅ ｓ ｃａｔ ｅ ｆ ｉ ａｄｔ ｒｗ ｎ ｏｌ ｔ ｎ ｆ ｉ ｌ ｏ ｓｓｉ Ｚ ｅ ａ ｇｐｏｉｃ ， ｉｄ ｒ ｉ ａａ Ｃ ａ ｈ ｅ ｏ ｖ ｎ ｉ
验时 ， 将檐 口 由传 统 的棱 角 分 明 的 直线 形状 改 为 弧 形
第 ５期
黄
鹏 等 ：檐 口形 状及附属构造对低矮建筑 双坡屋面风压特性 的影响
１５ ４
后 ， 现迎 风屋 面靠 近 檐 口的 １３范 围 内 ， 面 吸力 大 发 ／ 屋
为 降低 。 根 据对 我 国东 南 沿 海 农 村 住 宅 的 调 研 Ｊ 由于檐 ，
ｏ ａ ｅ ｓ ａ ｓ ｉ ｃｕｄｎｇ ｖ ｒｏ ｓ ｃ ｎ ｇ ａ ｉｎ ｄ ｔｉｓ ｏ ａ ｅ ｇ ｔ ｒ ｎ ｖ ｒ ｎｇ ｅ ｖ ｓｗｅ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ｎｄ ｔｓｅ ｎ ｔ ｅ ｆｃ ｖ ｈ ｐｅ ｎ ｌ ｉ ａ ｉｕ ｏ ｆ ｕｒ ｔ ｅ ａｌ ｆｃ ｖ ｕｔ ｓ ａ ｄ ｏ ｅ ｈａ ａ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｄ ａ ｅ ｔ ｄ ｉ ｈ ｉ ｏ ｅ
分离 会导 致檐 口上下 表 面 的风 压 系数 及 压 力 峰 值 明显 提高 ， 提高 的 幅度 与 屋 面 坡 角 、 屋 高 度 、 向 角 等 其 房 风 均有 密切 关 系 。孙 瑛 等 ＿讨 论 了 双坡 屋 面 挑 檐 形 式 的 ２
改变 引起 的屋 面 风荷 载 的变 化 。关 于改 变 檐 口形 状 对 屋面 风 荷 载 的 影 响 ， 关 的 研 究 并 不 太 多 。 Ｂａｋ 相 ｌ — ｃ ｍ ｒ 通过 试 验 发 现 ， 平 屋 面 的拐 角 形 状 由直 角 改 ｏｅ 将 为斜 角时 ， 大大减 小 屋 面 的局 部 平 均 吸 力 ， 中 角 部 可 其 减 小 可 达 ７ ％ ， 整 个 屋 面 的 风 荷 载 可 减 小 ３ ％ 以 ０ 而 ０ 上 。Ｒ ｂ ｒ ｏ ＿ 在对 Ｓｌ ｅ足 尺 建 筑 模 型进 行 实测 试 ｏ ｅｔ ｎ４ ｓ ｉｏ ｓ
防风建筑设计中的形态与结构研究
防风建筑设计中的形态与结构研究近年来，随着自然灾害频发，人们对于建筑物的防风性能要求也越来越高。
防风建筑设计成为了建筑界的热门话题。
这一课题的研究不仅涉及到建筑的形态设计，还需考虑到建筑结构的合理安排，以实现最佳的防风效果。
本文将探讨防风建筑设计中的形态与结构研究，为今后的建筑设计提供一些建议。
在防风建筑设计中，形态的选取至关重要。
建筑形态应该符合防风的功能要求，同时还要考虑到美观和人居环境。
首先，建筑物的高度和体积是影响防风性能的重要因素。
一般而言，较低矮的建筑物更容易受到风力的影响，而高大的建筑物则能有效地减轻风的影响。
因此，在选择建筑高度时，应该根据建筑所处的地理环境和风力等级进行综合考虑。
其次，建筑物的形状也对防风性能有着重要影响。
研究发现，流线形状的建筑物能够减少气流的阻碍，减轻风力对建筑的压力。
而过于方正或凸起的建筑物则更容易形成空气漩涡，增大风的压力。
因此，在设计建筑物的外形时，应该尽量遵循流线形状，减少空气漩涡的产生。
对于建筑结构的设计，也是关键的一环。
合理的结构设计不仅能够保证建筑的稳定性，还能提高防风性能。
一种常见的结构设计方法是采用抗风剪墙。
抗风剪墙是一种能够分散风载作用，并将其传递到地基的结构体系。
这种结构可以提供更好的抗风能力，并将建筑物的变形限制在合理的范围内。
此外，还可以采用风洞试验等方法对建筑结构进行验证和优化。
除了建筑形态和结构设计外，材料的选择也是决定防风性能的重要因素。
一般而言，轻质、坚固、柔韧的材料更适合用于防风建筑。
轻质材料可以减轻建筑物的自身重量，降低风力的影响。
同时，坚固和柔韧的材料能够有效地吸收和分散风力，从而提高建筑物的抗风能力。
此外，还可以通过人工造山、绿化植被等手段来提高建筑物的防风性能。
人工造山可以在建筑物周围形成一道天然的风屏障，有效地阻挡风的侵袭。
绿化植被不仅可以减少风的速度，还能吸收和分散风力，起到一道缓冲带的作用。
同时，绿化植被还能够净化空气，改善人居环境。
气候变化下窑居建筑屋顶适宜性改造研究
气候变化下窑居建筑屋顶适宜性改造研究
吴磊;宋冰(指导);陈飞宇;杨柳
【期刊名称】《建筑节能（中英文）》
【年(卷),期】2024(52)2
【摘要】调研发现陕北地区自2010年以来降水量开始呈现明显增加的趋势,而传统窑洞屋顶缺少良好的防水设计,易导致窑洞在经受暴雨时漏水甚至坍塌。
村民采取在原屋顶上加建彩钢板的改造方式防雨,然而这种窑洞屋顶构造的自更新不仅未能充分解决屋顶防水问题,还在一定程度上破坏了窑洞村落的传统风貌。
以陕北地区传统民居的典型代表窑洞为研究对象,通过调研测试与软件模拟分析窑洞屋顶加盖彩钢板构造对室内热环境的影响,发现加盖彩钢板能够提升屋顶的耐久度和防雨性能,但是不能改善室内热环境,并且不能充分融入到传统的乡村环境中。
在此基础上提出了新型窑洞屋顶构造,以期进一步改善屋顶防水性能并延续传统民居建筑风貌,为后期窑居建筑更新改造提供参考。
【总页数】8页(P92-99)
【作者】吴磊;宋冰(指导);陈飞宇;杨柳
【作者单位】西安建筑科技大学建筑学院;西部绿色建筑国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU201.5
【相关文献】
1.融入地域文化的广州乡村既有建筑绿色改造适宜性关键技术研究——以广州从化南平村民居改造为例
2.未来气候变化下贵州杜仲气候适宜性区划研究
3.气候变化情景下洞庭湖流域鸟类栖息地适宜性分布研究
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低层房屋屋面平均风压的风洞试验和数值模拟
大 量建 筑物 ， 尤其 是量 大面广 的低层 民房 的损 坏甚至 倒塌 ， 其损失 占了风灾 损失 中相 当大 的 比重 。虽然有
１ 低 层 双 坡 房 屋 的 风 洞 试 验 及 数 值 模 拟 方 法
１ ． １ 试 验 设 备 及 试 验 模 型
关低层 房屋风荷 载特 性 的研 究 国外 已经 开展 了较 长 的时间 ， 且 其 中有 不少研 究成 果 已被 有关 国家 的风荷
载设计 标准所采 用 。但 在 国 内， 关 于低层房屋抗 风 问 题 的研究 仍未成 为结 构 风工 程 研究 领 域 的一 个重 要 课题 ， 相关 方 面的投入 和学术关 注均很 低ｎ ］ 。 目前 对低层 房屋 的风 荷载 研 究 主要 采用 风洞 试 验 和现 场实测 的方 法 ， 然 而 无 论是 风 洞试 验 ， 还是 全
分析结果 ， 采用雷诺 应力 模 型 （ Ｒ Ｓ Ｍ） ， 选 用较 为合 理 的参数设定 ， 对其 进行 了 Ｃ Ｆ Ｄ数值 模拟 ， 并 将数值 模
机 玻璃制成 ， 具有足 够的刚度 和强度 。模 型在风 洞中 的阻塞 比小 于 ３ ， 满足 风洞试 验 要 求 。试 验 时将 模 型 放置在直 径为 ３ ． ０ ｍ 的转 盘 中心 ， 通过旋 转 转盘 模 拟 不同风 向角 ， 风 向角 的定 义 见 图 １ 。此 外 ， 根 据 一 般 村镇 低 层 房 屋 所处 地 形 ， 本 试 验模 拟 了 １ ／ ３ ０ 的Ｂ
第 ２ ８卷
第 １期
空
气
动
力
学
学
报 Leabharlann Ｖｏ１ ． ２ ８．Ｎｏ．１ Ｆｅ ｂ ．， ２ ０１ ０
２ Ｏ １ Ｏ年 ２月
檐口构造对四坡低矮房屋屋面风压分布影响规律的数值模拟研究
数值 模 拟 ， 研 究 了对 屋 面 平 均 风 压 产 生 影 响 的 因 素； 宋芳 芳 对双坡 屋 面低矮 房 屋风致 内压进行 了 数值 模拟 ， 表 明房 屋 开洞对 风 致 内压 的影 响 ．陈水 福 等 采 用数 值 方 法 对 四坡 屋 面 的风 荷 载进 行 了
载体 型 系数有 对应 的规 定 ， 但 是对 四坡 屋 面却 几 乎
没有 ．
数值分析 ， ， 屋面坡角 和风 向角对四坡屋面房屋 的
屋 面风 压具 有显 著影 响 ， 在不 同风 向角 下 的峰 值 压 力 一般 都 出现在 屋脊 或迎 风屋 檐 附近 ； 屋脊 处 的峰 值 吸力 绝对 值 随着坡 角增 加 而增 大 ， 迎 风 屋檐 处 的
本 文拟 利用 Ｃ Ｆ Ｄ数值 模 拟 结果 与 日本 东京 工 艺 大学 的风 洞试 验数 据进行 对 比 ， 开展 檐 口外伸 长
低 矮 民居 设 计 提 供 建 议 ．
关键词
计算流体动力学 ， 四坡 低矮房屋 ， 数值模 拟 ， 檐 口， 屋面风压
ＤＯＩ ： １ ０． ６ ０５ ２ ／１ ６ ７２ － ６５ ５３－ ２ ０１ ５－ ０ ０２
引 言
四坡 低 矮建筑 主 要用 于庭 院 、 亭 子 及 民居 ， 此
度 与 出挑高 度 变化 对 四坡 屋 面 风 － ０ ８收到第 １ 稿， ２ ０ １ ４ ． １ ０ ． ２ ０收到修改稿． 交 通 运输 部 重 大科 技 项 目（ ２ ０ １ １ ３ １ ８ ８ ２ ４ １ ４ ０ ） ， 广 西 防灾 减 灾 与结 构 安 全 重点 实 验 室开 放 课题 （ ２ ０ １ ３ Ｚ Ｄ Ｋ ０ ６ ） ， 湖南 省 教 育厅 （ １ ３ Ｋ ０ ８ ８ ） 资助项 目
【国家自然科学基金】_低矮建筑_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
科研热词 低矮房屋 现场实测 数值模拟 风洞实验 风振系数 风场特性 风压预测 风压 隔震技术 随机理论 连接构造 近景摄影测量 简易隔震支座 立体形态 相关性 活动控制 民国时期 橡胶支座 村镇建筑 木结构 曲坡屋面 故宫 抗风优化 抗震构造 建筑 广州 干扰效应 峰值负压 峰值因子 岩体结构面 太和殿 台风观测 古建筑 克里金法 低矮建筑群 glf法
推荐指数 6 4 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
科研热词 低矮建筑 风洞试验 风荷载 轻钢房屋 经典极值理论 减灾 低矮房屋 高层建筑 风致损坏 风致内压 风效应 风场 风压系数 风压分布 风压 非高斯风压 非高斯 脉动入口 结构抗风 横风向 极值风压 最不利风压系数 数值模拟 性能指标 强台风"黑格比" 干扰因子 峰值因子法 层间位移角 实测 大涡模拟 塑性铰区转角 围护结构 台风破坏 台风 双坡屋面 分段约束配箍 sadek-simiu法 r个最大次序统计量 hsc剪力墙
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 非线性有限元分析 数值模拟 建筑物形态 应变 应力 城市边界层 城市冠层模式 型钢桁架混凝土 剪力墙
毕业论文参考文献分析解析
毕业论⽂参考⽂献分析解析[1]严国敏.现代斜拉桥[M].成都:西南交通⼤学出版社,1996:2-3.[2]李鑫.⼤跨度斜拉桥施⼯过程中⼏何⾮线性⾏为分析[D],硕⼠论⽂2013，成都西南交通⼤学.[3]葛耀君.⼤跨度悬索桥抗风[M]北京.⼈民交通出版社,2011:17-53.[4]项海帆.结构风⼯程研究的现状和展望[J].振动⼯程学报,1997,l0(3)259-263.[5]胡俊.⼤跨度悬索桥现场实测数据、风⾬激励响应及风振疲劳研究[D].⼤连理⼯⼤学博⼠论⽂,2012.6[6] JamieE.Padgett, AprilSpiller,Candase Aronold. Statistical analysis of coastal bridgevulnerability based on empirical evidence from Hurricane Katrina[J].Structure and Infrastructure Engineering. 2012 ,8(6):596-605.[7]项海帆.进⼊21世纪的桥梁风⼯程研究[J].同济⼤学学报.2002,30(5):529-532.[8]李国豪.桥梁结构稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社,2002.400-441.[9] Boonyapinyo V, Yamada H, Miyata T. Wind-induced nonlinear lateral-torsional buckling of cable-stayed bridges [J]. Journal of Structural Engineering ,ASCE, 1994,120(2):486-506. [10] A.Hirai,I.Okauchi, M.Ito,T.Miyata. Studies on the critical wind velocity for suspensionbridge[C]/Proc. Int, Res. Seminar on wind effects on buildings and structures. University of Toronto Press. 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屋面风荷载设计的探讨和建议
屋面结构的设计一般仅考虑自重、雪载、施工荷载，而风的作用常被忽略。
这是因为在许多场合下，认为风荷载的影响不大或风引起的吸力对屋面结构有利。
实地调查结果表明，大型现代建筑在风作用下整体被破坏的例子并不多见，但其局部表面饰物脱落或屋面局部被掀开以致整个屋面遭受风荷载破坏的例子却时有发生。
尤其是受到台风、大风袭击致使整个屋面遭受风荷载破坏事例更多。
一、一些破坏事例1．2004年14号强台风“云娜”2004年8月12日，14号强台风“云娜”在浙江省温岭市石塘镇登陆，台风登陆时中心气压950百帕，台洲椒江大陈最大风速达58.7m/s，大大超过12级台风36.9m／s的上限，台州市所有市县区都观测到12级大风，10级风圈达180公里，其风速之大，杀伤力之强，为浙江省历史上所罕见。
直接经济损失181.28亿元。
黄岩江口粮库屋顶、路桥区金清蓬街两镇2.7万亩蔬菜大棚被掀翻, 驱车城乡不时可见被掀翻的房屋和倒坍的广告牌。
2．2002年16号台风2002年9月7日中午12时，平阳县南麂岛出现了56.7m/s的大风，洞头和乐清也分别出现了43m/s和38m/s的当地最大风速。
从9月7日凌晨到晚上11时，温州平均降雨量达到137.4mm。
苍南县马站镇降雨量超过250mm。
金乡镇全镇还有30多间房屋和两间厂房倒塌，初步估算损失超过3000万元。
房子屋顶被台风掀翻，坍塌部位在楼梯间，从四楼到一楼露出一个大洞。
几乎所有出事房子都是近几年建造的新房，目前全镇发现这样死亡有5人。
3．河南省体育馆遭9级风破坏体育中心东罩棚中间位置最高处铝宿板和固定槽钢被风撕裂并吹落100m ，三副30㎡的大型采光窗被整体吹落，雨蓬吊顶吹坏。
而且大部分破坏都是由于负风压所引起的，从图上看来，屋面板给掀了，主体结构好像没什么大碍？根据当初的设计要求，河南省体育中心应能抵抗10级以下大风。
按照当天气象局一观测点的观测，通过观测点的大风最高时速达24.7m/s。
典型双坡屋面的风压分布
２ 结论
本 文对 我 国双坡 屋面低 矮 建筑 的 四种 常见屋 面 形式 （ 三角 挑檐 屋 面 、硬 山挑檐 屋 面 、悬 山挑 檐 屋 面 和
不 对称屋 面 ） 的表 面风 压 系数分 布规 律进 行 了研 究 ，得到 如下 结论 ：
（ ） 向垂 直 于屋 脊时 ，四种屋 面形 式 的迎风 面上 的平 均 风压 除 挑檐 的边 角处 外 均呈 现 为 正压 ，而 背 １风
荷载 的影 响 。本 文 所做 的主 要研 究是 对 双 坡 屋 面 系 列 中的 三 角形 挑 檐 双 坡 屋 面 、硬 山挑 檐 屋 面 、悬 山挑
檐屋 面 、不对称 双 坡屋 面风 压分 布进 行 细致地 研究 ，为抗 风设计 提 供一 定 的依据 。
１ 试 验概 况
本 课 题 的刚性模 型 表面 测压 风洞 试验 在 同济 大学 土木 工程 防灾 国家 重点 实验 室风 洞试 验 室 的 Ｔ 一２大 Ｊ 气边界 层 风洞 中完成 。模 型试 验 的长 度 、风 速 和 时 间 的 缩 尺 比分 别 取 为 １ ３ 、４ ９和 ３ ４ 。课 题 选 择 Ｂ ／０ ／ ／０ 类和 Ｃ类 地貌 作为 试验 风场 。风场 的模 拟 采 用 在试 验 段 的上 游安 置 尖 塔 和粗 糙 元 来 实 现 。Ｂ类 和 Ｃ类 模
拟风场 的平 均风 速 剖面指 数 分 别 为 ０ １ ．６和 ０ ２ ，参 考 日本 的 建筑 物荷 重 指 针 的 相 关 条 文 并 结 合 中 国实 ．２
际 ，Ｂ类和 Ｃ类 风 场在 １ ０米 处 的湍流 强度 分别 为 ０ １ ． ９和 ０ ２ 。试 验 时 Ｂ类 风 场 与 Ｃ类 风 场 ３ ｍ（ 应 ．２ ３ｅ 对 于实 际高度 １ 高 度 的试 验 风 速 分 别 为 １ ． ／ ０ｍ） ２ ５ ｍ ｓ和 １ ． ／ ，对 应 于 实 际 １ 高度 处 设 计 风 速 为 １８ｍ ｓ ０ｍ ２ ． ／ 和 ２ ． ／ 。模 型选 择 双坡屋 面 ，主要 包 括 三角 形 挑 檐 双 坡 屋 面 、硬 山挑 檐 屋 面 、悬 山挑 檐 屋 ８ １ｍ ｓ ６ ６ ｍ ｓ
浅析带毗屋门式刚架轻型房屋钢结构设计
文章编号：１００９ ６８２５（２０２０）１８ ００４３ ０３浅析带毗屋门式刚架轻型房屋钢结构设计收稿日期：２０２０ ０６ １２ 作者简介：贾雪亮（１９８５ ），男，工程师贾雪亮（山西润民环保工程设备有限公司，山西太原 ０３００００）摘 要：对带毗屋门式刚架轻型房屋钢结构从结构布置、荷载取值、结构计算及结果分析、构造要求和变形规定四个方面进行阐述，按设计过程列出了主要参数取值及需要考虑的荷载工况，对计算分析中注意事项进行总结并提出了参考建议。
关键词：毗屋，门式刚架，刚架计算中图分类号：ＴＵ３１８文献标识码：Ａ０ 引言门式刚架由于结构体型简单、现场施工组装方便、建设周期短，是单层工业厂房中常用的一种结构形式。
在工业生产厂房中，某些设备体型差别较大，当遇到不同设备高度差别较大时，若统一按高度较大的设备确定厂房高度，则存在一定程度上的空间浪费。
若按不同高度设备合理优化布置，通过采用带毗屋门式刚架的结构形式，主要设备和辅助设备分别布置于厂房主刚架和毗屋刚架区域，则总体上可达到节省空间，降低造价的效果。
１ 结构布置对于房屋高度不大于１８ｍ，高宽比小于１，无吊车或吊车起重量较小的门式刚架单层钢结构房屋，ＧＢ５１０２２—２０１５门式刚架轻型房屋钢结构技术规范（以下简称《门规》）第５．１．２条中给出了常用门式刚架形式的示例，其中《门规》图５．１．２（ｅ）（如图１所示）为带毗屋刚架示例图，图１中主刚架和毗屋刚架均为单坡。
实际设计中，当遇主刚架跨度较大时，为避免刚架两端梁柱受力偏差过大，主刚架宜按双坡设计，示例见图２。
! "#$%&'()*+,-纵向柱间支撑布置时按《门规》８．２．５条规定执行，为保证水平作用力更直接有效传递，毗屋刚架可设单层柱间支撑，在檐口处设柱间水平刚性系杆；櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅主刚架可设为双层柱 ３）斜向来流在建筑屋面产生的负压水平明显高于垂直来流情况，对建筑抗风更为不利。
四坡屋面风荷载体型系数
四坡屋面风荷载体型系数一、引言四坡屋面是指屋面具有四个边坡的建筑形式。
在建筑设计中，风荷载是一个重要的考虑因素，而风荷载体型系数是计算风荷载的关键参数之一。
本文将以四坡屋面风荷载体型系数为标题，探讨其计算方法和应用。
二、风荷载的基本概念风荷载是指建筑物在风力作用下所受到的力。
风荷载包括静风荷载和动风荷载两部分。
其中，静风荷载是指风对建筑物表面产生的静压力，动风荷载是指由于风的运动而导致的建筑物振动产生的动力作用。
三、四坡屋面的特点四坡屋面由于具有四个边坡，其风荷载计算相对于其他形式的屋面会有一些特殊的考虑。
四坡屋面的特点包括：1. 风流的分散性：四坡屋面上风流相对较为分散，不会形成明显的局部高压区和低压区。
2. 风流的交互作用：四坡屋面四个边坡之间存在风流的交互作用，会影响风荷载的分布。
3. 屋面形状的影响：四坡屋面的形状对风荷载的大小和分布有重要影响。
四、四坡屋面风荷载体型系数的计算方法四坡屋面风荷载体型系数描述了风荷载对四坡屋面的影响程度。
在国内外的规范和标准中，对于四坡屋面风荷载体型系数的计算方法有所不同，常见的计算方法有以下几种：1. 弹性理论方法：通过对四坡屋面进行结构力学分析，计算出建筑物的动力响应，从而确定风荷载体型系数。
2. 超前系数法：根据四坡屋面的形状特点，通过经验公式计算出风荷载超前系数，再乘以基础体型系数得到风荷载体型系数。
3. 数值模拟方法：利用计算流体力学（CFD）软件对四坡屋面进行风洞模拟，通过模拟结果计算风荷载体型系数。
五、四坡屋面风荷载体型系数的应用四坡屋面风荷载体型系数的应用主要体现在以下几个方面：1. 结构设计：通过计算风荷载体型系数，可以确定建筑物的风荷载分布，为结构设计提供依据。
2. 风险评估：根据风荷载体型系数的大小，可以评估四坡屋面在不同风力作用下的稳定性和安全性。
3. 抗风设计：根据风荷载体型系数的大小，可以优化四坡屋面的设计，提高其抗风能力。
六、结论四坡屋面风荷载体型系数是计算风荷载的重要参数，能够反映风对四坡屋面的影响程度。
挑檐风荷载体型系数
挑檐风荷载体型系数摘要：1.引言2.挑檐风荷载的定义与作用3.挑檐风荷载体型系数的研究背景4.挑檐风荷载体型系数的计算方法5.计算结果与分析6.结论正文：1.引言挑檐风荷载体型系数是建筑结构设计中的一个重要参数，对于建筑物的稳定性和安全性具有关键影响。
本文将详细介绍挑檐风荷载的定义与作用，以及挑檐风荷载体型系数的计算方法和分析结果。
2.挑檐风荷载的定义与作用挑檐风荷载是指建筑物挑檐部分受到的风力作用。
挑檐是建筑物屋面与墙面交界处的构件，具有保护建筑物的立面、防止雨水侵蚀等功能。
挑檐风荷载对建筑物的稳定性和安全性具有重要影响，因此在设计过程中需要对其进行精确计算。
3.挑檐风荷载体型系数的研究背景随着我国建筑行业的发展，对于建筑物的风荷载计算要求越来越高。
为了满足这一需求，研究人员对挑檐风荷载体型系数进行了广泛研究，旨在为建筑设计提供更为精确的计算方法。
4.挑檐风荷载体型系数的计算方法目前，挑檐风荷载体型系数的计算方法主要有以下几种：（1）规范法：根据我国现行的建筑结构设计规范进行计算；（2）经验公式法：根据大量实测数据归纳总结的经验公式进行计算；（3）数值模拟法：利用计算流体力学（CFD）等方法进行数值模拟计算。
5.计算结果与分析通过对上述计算方法进行比较分析，发现规范法的计算结果较为保守，而经验公式法和数值模拟法计算结果较为接近。
在实际工程应用中，可以根据建筑物的具体情况和设计要求选择合适的计算方法。
6.结论挑檐风荷载体型系数是建筑结构设计中的关键参数，对建筑物的稳定性和安全性具有重要影响。
本文对挑檐风荷载的定义与作用进行了介绍，并分析了不同的计算方法及其适用范围。
建筑物抗风设计措施
建筑物抗风设计措施毕永丽孙科源摘要：既有建筑结构由于先天设计不足(风荷栽估计不够、结构抗风构造不合理)已经结构的老化、年久失修等原因，使得结构的抗风能力不足，留下结构抗风安全隐患。
鉴于此，本文对建筑物抗风设计措施进行了探讨。
关键词：建筑抗风设计措施我国拥有400多亿m3的城镇建筑物，由于过去许多建筑结构的对风荷载估计不足、结构抗风构造不合理以及结构的老化、年久失修等原因，致使大量的建筑结构物在大风中倒塌或损坏，造成巨大的经济损失。
1、房屋抗风设计措施(1)房屋选址：应根据村镇规划，合理选址，选择抗风有利地段，应尽量避开风口、山口、河口等抗风不利地段。
(2)优先选择四坡屋面!或采用现浇钢筋混凝土屋面，并对几何突变部位采取局部加强措施。
对于低层房屋常用的坡屋面，四坡屋面总的来说要比普通人字形屋面具有更好的抗风性能，因此应优先选择四坡屋面，且应尽量采用现浇钢筋混凝土平屋面或坡屋面，最小混凝土板厚不宜小于90mm，砖房应在屋盖及每层楼盖处设置现浇混凝土圈梁，同时在外墙四角、内外墙交接处均应设置钢筋混凝上构造柱。
对于处于经常受台风影响的村镇，采用小青瓦屋面的，应采用重物加压、用混凝土或砂浆砌筑等加固、加强措施，避免由于屋面吸力过大而被刮走。
尤其在屋檐、屋脊、边缘和屋脊等几何突变部位，为了避免由于流动分离造成破坏，应采取恰当的局部加强措施。
(3对于屋面结构，计算风压时应考虑上下表面风压值的叠加。
对于开敞式屋面结构，上下表面都受到风的作用，在设计时需要考虑屋盖上下表面的风压差，即净风压。
一般来说，屋面上表面常受负风压，而下表面受正风压，净风压应大于土表面风压，所以只考虑上表面负风压的设计偏于不安全。
内外压力共同作用对于几悬臂屋檐最为明显，屋檐上表面因流动分离而产生负压，下表面由上风被墙体阻挡而淤塞在屋檐下产生正压，净风压为两者绝对值之和，因而屋檐较易受破坏。
建议屋面风荷载设计宜分别按屋面结构，上、下表面的最不利风荷载进行设计。
标准低矮建筑TTU三维定常风场数值模拟研究_殷惠君
大跨翘曲屋盖风压分布的风洞试验与数值模拟
大跨翘曲屋盖风压分布的风洞试验与数值模拟林拥军;沈艳忱;李明水;罗楠【摘要】为了解大跨翘曲屋盖结构的风压分布特征,对某大跨翘曲屋盖进行了风洞试验和计算流体动力学数值模拟.首先,根据风洞试验结果分析了屋盖风压分布情况及门窗开启状态对风压分布的影响;然后,基于CFX软件平台,采用RNG κ-ε湍流模型模拟了该屋盖结构的平均风压分布,并将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.研究结果表明:门窗开启对外风压影响较小,对内压有一定影响,开一边门窗时,屋盖会受到向上的升力,两边同时开启时,内压对屋盖有向下的吸力作用;采用RNG κ-ε湍流模型模拟大跨翘曲屋盖结构的平均风压分布具有较好的计算精度,可较准确地反映实际风压;屋面风压分布以吸力为主,风荷载最不利位置在翘曲边缘和屋面顶部区域;来流方向为翘曲向时,风流在翘曲边缘有较大的分离,在翘曲面有较强的漩涡产生,风流绕过建筑后,在来流方向建筑两侧会伴随着分离和漩涡产生,且在背风面会形成两个大的对称尾涡,而来流方向为凹曲向时,侧面和背风面的分离和漩涡并不明显.%In order to determine the wind pressure distribution characteristics of a large-span warpage roof structure,a wind tunnel test and numerical simulation were carried out for a large-span warpage roof.First,the distribution of roof pressure and influence of open doors and windows on the wind pressure distribution were analysed according to the wind tunnel test results.Then,the mean wind pressure distribution for the roof structure was simulated on a CFX soft ware platform by using an RNG κ-ε turbulence model,and the simulation results were compared to the wind tunnel test data.The results showed that the open doors and windows yielded little influence on the external wind pressure,and non-negligible influence onthe internal pressure.Specifically,when the doors and windows of one side were opened,the roof was subjected to an upward liftingforce.Alternatively,when both sides were opened at the same time,the internal pressure resulted in a downward suction on th e roof.The RNG κ-turbulence model was used to simulate the average wind pressure distribution of a large-span warpage roof structure,and was found to accurately reflect the actual wind pressure.The primary effect of wind pressure on the roof was suction,and the most unfavourable position of wind load occurred at the warping edge and in the rooftop area.When the flow direction occurred parallel to the warp direction,the wind flow yielded increased separation on the warp edge and a stronger vortex on the warp surface.Wind flowing around the building resulted in the separation and vortex occurring along both sides in the flow direction;additionally,two large symmetric trailing vortexes were formed on the leewardsides.However,there was no significant evidence of separation and vortex occurring on both sides when the wind flow was directed against warpage.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2018(053)002【总页数】8页(P226-233)【关键词】翘曲;风洞试验;数值模拟;内压;尾涡【作者】林拥军;沈艳忱;李明水;罗楠【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;南京水利科学研究院,江苏南京210029;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TU31随着社会不断进步,大跨屋盖结构已广泛应用于试验大厅、展览馆、航空港、体育馆、车站等公共建筑中,且多采用整体受力性能好的曲面结构,曲面形式对风压分布影响很大,不同的曲面形式可能会有不同的风压分布规律[1-3].除此之外,这些大跨度屋盖结构还具有质量轻、柔性大、自振频率低的特点,对风荷载十分敏感,屋盖的绕流和空气动力作用较为复杂[4-6].其中,大跨度翘曲屋盖结构造型独特优美,但目前还没有可供参考的风荷载体型系数,主要通过风洞试验来确定.目前国内外研究者对大跨结构风荷载的研究主要有基于现场实测、风洞试验和数值模拟3种方法,现场实测由于需要耗费大量的人力、物力,因此很少采用[7],因此对结构风荷载的研究主要还是采用风洞试验和数值模拟方法.随着计算机软硬件水平的飞速进步以及流体力学理论的发展,计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法在结构风工程中已有所应用[8-10].Gloria等[11]对复杂建筑进行了平均风压的数值模拟,王振华[8]和KIM[12]等还分别采用基于雷诺时均方程的标准k-ε、RNG k-ε、可实现的(realizable) k-ε和雷诺应力模型(Reynolds stress model,RSM) 4种湍流模型对大跨屋盖表面平均风压分布进行了数值模拟,结果表明4种模型的模拟结果差异不大.虽然CFD方法和网格技术等还有许多需要改进之处,但是与传统风洞试验相比,CFD方法不仅可以建立建筑原型尺度,而且还可以根据研究需要,方便地改变流场和结构的相关参数,对研究对象进行全方位多层次分析,从而避免风洞试验的不足,且周期短、成本低,已逐渐成为结构风工程领域的研究热点和预测建筑物风荷载较为有效的方法[13-16].本文以某大跨翘曲屋盖试验厅作为研究对象,首先介绍了风洞试验,并分析了屋盖风压分布及门窗开启状态的影响,然后利用流体力学分析软件CFX,采用RNG k-ε模型,通过选用较为合理的参数设定,对其进行CFD数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比分析,验证了数值方法模拟计算大跨翘曲屋盖结构平均风压分布的适用性.1 风洞试验1.1 工程概况某试验厅为大跨翘曲屋盖结构,造型独特,结构平面为方形,主跨为150.0 m,高为33.6 m,该建筑中部凹曲,向两侧具有不同高度的翘曲,结构体系复杂,图1为其结构示意图,50年重现期基本风压值为0.45 kN/m2,100年重现期基本风压值为0.50 kN/m2,《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)对于这种造型独特的大跨度屋盖结构的风荷载计算缺乏准确的体型系数规定,也无参考资料可借鉴,为确保结构的抗风安全,应采用风洞试验,研究作用于建筑物上的风荷载,为结构设计提供依据.1.2 试验设备试验在西南交通大学风工程试验研究中心XNJD-3回流式低速风洞进行[17],该风洞试验段长为36 m,宽为22.5 m,高为4.5 m,试验风速范围为1.0～16.5 m/s.风洞配备了模拟大气边界层的装置,风洞底壁设有可转动360°的转盘,以变换试验的风向角.采用美国Scanvalve电子扫描阀进行测压,Dantec热线风速仪进行风速测量.1.3 试验模型及测点采用刚性模型,综合考虑结构几何尺寸和风洞试验段尺寸,模型的几何缩尺比为1∶75,由金属管材、复合材料、有机玻璃等制成.在屋盖自身表面、雨棚的上下表面布置测压点,测试风压分布.根据屋盖外形特征及风向需要进行测点布置,在屋盖边缘、拐角位置及大挑檐等部位测点要密些,其他部位要疏一些.823个测点布置在建筑表面区域,50个测点布置在门面及雨棚上下表面,图2为测点布置的基本情况. 图1 某试验厅屋盖结构(单位:m)Fig.1 Roof structure of an experimental hall (unit:m)图2 测点布置情况Fig.2 Arrangement of measuring points1.4 试验方案根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012),当重现期为100年时,该建筑物所在地的基本风压为0.5 kN/m2,基本风速V0=28.6 m/s.所在地地貌为A类,边界层粗糙度指数为0.12,风剖面及湍流度分布由档板、尖塔、粗糙元模拟(图3).图3 风洞试验模型Fig.3 Wind tunnel test model试验参考点屋盖顶面风速为8 m/s,每个测点采样时间为60 s,采样频率为200 Hz.所有压力测点的脉动压力时程将同步获得.为了解门窗开启状态对结构抗风的影响,试验分为5种情况:WC-Ⅰ,门窗全部关闭;WC-Ⅱ,开一侧门和窗;WC-Ⅲ,开两侧门关窗;WC-Ⅳ,关门开一边窗;WC-Ⅴ,关门开两边窗.窗开启时的情况如图4所示.门窗全部关闭时,试验风向按24个罗盘方向设置,隔15°设置一个试验风向,如图5所示.其余情况试验风向按8个罗盘方向设置,隔45°设置一个试验风向.每风向重复测量2次,所有压力测点的脉动压力时程同步获得.图4 窗开启时的试验模型Fig.4 Test model of window opening图5 试验风向示意Fig.5 Test wind direction1.5 试验结果及分析1.5.1 屋盖风压分布图6给出了门窗全部关闭时,屋脊线风压系数(Cp)随风向角的变化曲线,各曲线代表的是屋脊线上不同测点位置.由图6可知:在各方向角下,屋面风压分布以吸力为主,和文献[7-8]的结论基本一致,说明大跨屋盖结构具有较为相似的风压分布特性;在凹曲方向,迎风面风压大于背风面;最大平均负风压系数为-1.350,发生在风向角为270°时来流侧屋面檐口的A1-1点;最大平均正风压系数为0.089,发生在风向角为150°时来流侧屋面顶部的A1-10点;在翘曲方向,较大平均负风压系数分别为-0.949、-0.949、-1.028和-1.029,发生在风向角分别为45°、135°、225°和315°时屋面顶部的A3-11点;最大平均正风压系数为0.298,发生在风向角为180°时来流侧屋面檐口的A14-9点.(b) 翘曲方向图6 屋脊线风压系数随风向角变化曲线Fig.6 Wind pressure coefficient of ridge line varying according to wind direction根据体型系数的定义,风洞试验所得到的大跨翘曲屋盖各分区体型系数在-1.3～0.6之间,这一结果比《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012)对拱形屋面规定的-0.8～-0.5要大很多,说明翘曲屋盖所受风力作用比拱形屋面更复杂,主要原因可能是屋面檐口区域脱落的旋涡使得该区域产生了较大的吸力,并提高了该处的分离强度,导致负压绝对值增大,为安全起见,大跨翘曲屋盖屋面部分的风荷载体型系数建议取不大于-1.3[8-9].1.5.2 门窗开启对风压分布的影响为了解门窗开启状态对屋盖风压分布特性的影响,分别选取屋盖檐口中部测点A1-1、檐口角部测点A25-3以及屋盖顶部中央测点A1-7进行分析,在不同风向角下风压系数的对比结果如图7所示.由图7可知,门窗的开启对试验厅屋盖外风压系数影响较小,仅对开启位置附近的测点风压系数有一定影响,除一侧门窗开启时,270°方向角上风压系数变化较大之外,整个屋盖上表面风压系数变化并不大.不同风向角下内压随门窗开启状态的变化情况如图8所示.图7 门窗开启状态对风压特性的影响Fig.7 Influence of open status of windows and doors on wind pressure characteristics图8 不同风向角下内压随门窗开启状态的变化情况Fig.8 Internal pressurevarying according to open status of doors and windows and wind direction 由图8可知:门窗的开启对试验厅的内压有一定影响,不开门窗时,内压接近于0;开一边门或一边窗,当正吹时,出现较小正压,最大为0.087 MPa,屋盖受到向上的升力,应予以注意;两边同时开启时,内压为负值,屋盖受到向下的吸力,偏于安全[17].2 数值模拟2.1 控制方程在建筑结构领域中所涉及到的低速流动空气是具有剪切应力的牛顿流体,近地面风的马赫数一般比较小,可看作不可压缩流体,其基本控制方程为时均形式的连续方程和动量方程[7,13]如式(1)、(2).=0,(1)(2)式中:ρ为空气密度;μi、μj为时均速度;为时均脉动速度;xi、xj为时均位移;p为时均压强;μ为湍动黏度.式(2)中,由于引入了考虑脉动影响Reynolds应力项方程组是不封闭的.因此,只有在引入湍流模型使方程封闭后方可进行计算求解.2.2 计算域、网格及边界条件根据该建筑物的实际尺寸:150 m(长)×140 m(宽)×33.69 m(高),结合计算条件,将计算域取为1 600 m×1600 m×800 m,阻塞比足以满足模拟建筑物所处大气环境的要求.由于该建筑物外形复杂,采用Solidwork软件构建其实体模型,使用流体力学网格划分软件Ansys Icem CFD进行部分非结构四面体网格划分,然后输入到流体力学分析软件CFX中进行求解.为了准确模拟屋面风压分布,在网格划分时,建筑物表面及其附近采用加密网格,往外网格尺寸逐渐增大,共划分体网格2 884 882个,计算域网格划分情况如图9所示. 图9 计算域网格划分Fig.9 Mesh grid of computational domain入口边界条件:采用速度入口模拟A类大气边界层风剖面,数值模拟采用的平均风速剖面与风洞试验平均风速剖面接近.平均风速V1=V10(z/10)α,其中:离地面10 m 高度处的平均风速V10=25 m/s;粗糙度指数α=0.12;z为距离地面的高度.来流湍流特性通过直接给定的湍流动能k和湍流耗散率ε得出[18-19].k=0.5(VzIz)2,(3)ε=0.093/4k3/2/l,(4)式中:Iz为湍流强度,参考日本规范[8],Iz=0.1×(z/300)-α-0.05;l为湍流积分尺度,l=100(z/30)0.5.出口边界条件:采用完全发展出流边界条件,即流场任意物理量沿出口法向梯度为0.在计算域顶部和两侧采用对称边界条件来等价黏性流动中的无滑移壁面.在建筑物表面和地面采用无滑移的壁面条件.2.3 计算参数风工程的数值模拟中涉及到湍流模式的假定,较为广泛的湍流模型是二方程模型,诸如标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Wilcox k-ω模型、SST k-ω模型等[10].RNG k-ε模型由于引入了主流时均应变率,可以反映涡流的非各向同性性质[20-21],较其他模型有更好的计算精度,特别是在钝体绕流的模拟中,可实现比标准k-ε模型更高的精度[22],因此本文采用RNG k-ε模型.针对该模型在雷诺数Re 较低时适用性降低的情况,在计算时与非平衡壁面函数结合使用[1].为保证计算的稳定性,并获得较高的计算精度,对流项的离散选用了具有三阶精度的二次迎风插值格式,速度压力耦合采用SIMPLEC算法,迭代计算的收敛标准设为无量纲均方根残差降至10-5以下,且表面风压基本保持不变时,即认为流场进入稳态[9].2.4 计算结果分析图10为门窗全部关闭(WC-Ⅰ)时,风洞试验和数值模拟计算得到的屋面风压系数等值线情况.从图10中可以看出:0°风向角下,屋盖最大风压系数发生在第1屋盖翘曲两侧边缘处,计算风压系数为-1.27,与风洞试验最大负风压系数测点A2-4位置较为接近,试验最大负风压系数为-1.06;90°风向角下,屋盖最大风压系数发生在来流方向第2屋盖翘曲边缘处,计算风压系数为-1.24,与风洞试验最大负风压系数测点A3-17的位置较为接近,试验最大负风压系数为-1.54;0°和90°风向角下,迎风面均为压力,而背风面、两侧和屋盖大部分为吸力,90°风向角下风压分布的数值模拟结果稍大于风洞试验结果,而0°风向角下风压分布的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好.(b) 90°风向角图10 风压系数等值线(单位:MPa)Fig.10 Wind pressure coefficient contour (unit:MPa)图11为0°和90°风向时,10 m高度处水平风速矢量图.(b) 90°风向角图11 不同风向时10 m高度处水平风速矢量图Fig.11 Vectorgraph of horizontal wind speed at 10 m height for different wind directions从图11中可以看出:0°和90°风向来流在迎风屋面处均未发生流动分离,也没有强的旋涡;在0°风向时,风流绕过建筑后,在侧面伴随着分离和漩涡产生,在背风面形成了两个较大且对称的尾涡;90°风向时,侧面和背风面分离和漩涡均不如0°风向明显. 图12为0°风向时,翘曲向屋脊线竖剖面风速矢量图,从图12中可以看出:风流在翘曲的边缘有较大的分离,且翘曲表面有较强的漩涡产生,说明这种翘曲屋盖所受风力比普通大跨度屋盖复杂得多[2].图13为0°风向角下,凹曲和翘曲方向屋脊线的风压系数.图12 0°风向时翘曲向屋脊线竖剖面风速矢量图Fig.12 Wind speed vectorgraph of vertical cut plane of warpage roof ridge for 0° wind图13 0°风向角屋脊线上风压系数Fig.13 Wind pressure coefficient of roof ridge for 0° wind从图13中可以看出,由于风洞试验采用的是缩尺模型,而数值方法采用的是全尺模拟,数值模拟网格划分质量、计算参数的设定以及试验模型缩尺等原因,数值模拟值与试验值之间存在一定的差别[8],但差别不大,且变化趋势一致,表明采用RNG k-ε模型模拟计算大跨度翘曲屋盖平均风压分布具有较好的计算精度.综上所述,风荷载作用下,由于风流在屋盖翘曲的边缘有较大的分离,且在翘曲表面有较强的漩涡产生,其受风力比普通大跨度屋盖复杂得多,对风荷载作用也更为敏感.风荷载是结构设计的主要控制荷载,无论是主体结构风荷载计算,还是附属构件的设计,务必予以足够的重视.同时,由于翘曲边缘的流动分离作用,大跨翘曲屋盖结构中,风荷载最不利的位置在翘曲边缘和屋面顶部区域,局部风压系数较大,无论是结构整体设计还是局部构件设计,翘曲边缘和屋面顶部区域应予以重点注意.3 结论通过对大跨翘曲屋盖结构风荷载试验数据进行分析,以及采用RNG k-ε模型进行CFD数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比分析,主要结论如下: (1) 门窗的开启对大跨翘曲屋盖外风压系数影响较小,对内压有一定影响,开一边门窗时,屋盖会受到向上的升力,两边同时开启时,内压对屋盖有向下的吸力作用.(2)采用RNG k-ε模型模拟计算大跨度翘曲屋盖平均风压分布具有较好的计算精度,来流方向为翘曲向(0°风向)时,风流绕过建筑后,在来流方向建筑两侧会伴随着分离和漩涡产生,且在背风面会形成大的对称尾涡,而来流方向为凹曲向(90°风向)时,侧面和背风面分离和漩涡不明显.(3) 风流在翘曲的边缘有较大的分离,在翘曲表面有较强的漩涡产生,其受风力比普通大跨度屋盖复杂,对风荷载作用也更敏感.(4) 大跨翘曲屋盖在各方向角下,屋面风压分布以吸力为主,风荷载最不利位置在翘曲边缘和屋面顶部区域,无论是结构整体设计还是局部构件设计,翘曲边缘和屋面顶部区域都应予以重点注意.参考文献:[1] 楼文娟,孙斌,卢旦,等.复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟[J].建筑结构学报,2007,28(1):107-112.LOU Wenjuan,SUN Bin,LU Dan,et al.Wind tunnel tests and numerical simulation of wind loads on complex cantilevered roofs[J].Journal of Building Structures,2007,28(1):107-112.[2] 林拥军,宋长江,罗楠,等.大跨度单层网壳结构风洞试验研究[J].工业建筑,2013,43(7):130-134.LIN Yongjun,SONG Changjiang,LUO Nan,et al.Study on wind tunnel tests of large-span single-layer reticulated shell structure[J].Industrial Construction,2013,43(7):130-134.[3] 马文勇,刘庆宽,尉耀元.具有凹面外形的大跨屋盖结构风荷载分布及风洞试验研究[J].振动与冲击,2013,31(22):34-38.MA Wenyong,LIU Qingkuan,WEI Yaoyuan.Wind load 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关于坡屋顶建模的风荷载计算
关于坡屋顶建模的风荷载计算
目前,越来越多的建筑为了造型美观采用坡屋顶.结构设计人员在PKPM建模计算时,处理不当可能导致计算结果的失真.在此,笔者通过以下算例进行比较说明.
工程算例采用平面尺寸3mX6m的一个两层建筑,一层层高3m,二层总高4m（坡屋顶高度2m）,如下图：
采用以下两种方式分别建模计算：
A、楼层组装时二层层高输入2m,屋脊节点升节点高度2m.
B、楼层组装时二层层高输入4m,檐口节点降节点高度2m.
计算时,两个模型除建模方式不同外,参数选取均相同.通过计算,得到的风荷载计算结果如下：
A建模方案的风荷载计算结果如下表
B建模方案的风荷载计算结果如下表
C平屋面建筑的风荷载计算结果如下表
通过比较,可以看出A方案与B方案的一层风荷载计算完全一致,二层的风荷载计算差异较大,且B方案与平屋顶建筑的风荷载计算结果完全一致.经查阅资料并向PKPM技术人员咨询,坡屋顶的建模应采用降节点的方式进行建模,升节点的建模方式风荷载计算未计入坡屋面高度范围的风荷载.
同样应注意,PKPM对于楼（屋）面面荷载的输入是以楼
板的投影面积为基准,输入坡屋面面层恒荷载时需用标准值应除以坡屋面角度余弦,而规范给出的活荷载是基于投影面的值,故不需修正.
以上两点是图纸审查过程中经常遇到的问题,在此加以详解供大家参考.。