下击暴流作用下工业厂房风压特性研究

发布时间：2020-10-09 15:55

　　下击暴流是在雷暴天气中时常发生的一种极具破坏性的极端强风,是对近地面区域的建筑结构损害较大的短时局部强风。自研究学者从气象学角度定义下击暴流以来,国内外已有很多关于高耸结构、输电塔等遭受下击暴流的风致破坏的报道。随着结构风工程领域的不断完善,国内外学者对下击暴流展开了如现场监测、理论分析、风洞实验及数值模拟等研究手段对其风场及风荷载的一系列研究。以往对下击暴流风荷载的研究中,大多针对高层或高耸结构,对厂房等低矮型建筑研究较少;而且研究大多集中于静止型下击暴流,然而实测数据表明,风暴中心随着时间是移动的。针对上述问题,本文以单跨工业厂房为研究对象,基于风洞试验、大涡模拟方法、雷诺平均法分析方法,研究径向位置、风向角、移动效应等不同参数对下击暴流作用下厂房表面风压的影响。主要研究工作包括以下几个部分:(1)基于冲击射流测压试验及数值模拟研究径向距离对平屋面厂房表面风压的影响,研究在下击暴流风场中不同径向位置处厂房表面风压分布规律。分析表明:数值模拟与风洞试验结果对比具有较好的吻合性,变化趋势基本一致;在下击暴流作用下,径向距离对厂房表面风压影响较大,随着径向距离的增大,厂房表面平均风压系数有明显衰减趋势,脉动风压系数逐渐增大;在d=0.5D_(jet)径向位置处,厂房各表面均受正压,其余径向位置处,迎风面受正压,其余各表面受负压。(2)建立数值风洞,采用雷诺平均法(RANS)及大涡模拟方法(LES),考虑不同风向角对厂房表面风压的影响,分析表明:0°与90°风向角,厂房周围流场较为对称,厂房表面风压系数分布较为均匀,而其余风向角,由于来流斜风的影响,各风向角下出现锥形涡旋,使得气流分布不对称,表面风压系数呈梯形分布;斜风使得表面风压突变,出现极值不利风压区域,且各风向角风压极值位置有所变化;风向角的变化,使得屋檐、屋脊、山墙及墙面转角等局部区域成为极值风压区域,在进行结构抗风设计时,设计风荷载应适当放大。(3)基于大涡模拟,在数值风洞中进行考虑移动效应的下击暴流作用下不同空间位置处厂房表面风压特性研究。分析表明:移动下击暴流作用下厂房表面风压出现动态的变化,在不同时刻及不同空间位置处,表面平均风压系数分布差异较大,厂房周围流场特性变化显著;当风暴中心位于厂房周围时,迎风面及屋面出现较大风压,在进行低矮建筑等围护结构设计时,应关注风暴中心移动对其表面风压的影响。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU312.1
【部分图文】：

强风,厂房,下击暴流

图 1.1 强风造成厂房破坏ig.1.1 Strong wind caused damage to industrial buildings图 1.2 下击暴流Fig.1.2 Downburst外专家学者对下击暴流的研究工作取得了长足的所引起的近地面风场特性的研究。其对下击暴流

下击暴流

下图1.2 给出实际下击暴流的现场照片。图 1.1 强风造成厂房破坏Fig.1.1 Strong wind caused damage to industrial buildings图 1.2 下击暴流Fig.1.2 Downburst现阶段，国内外专家学者对下击暴流的研究工作取得了长足的进步，其主要集中于下击暴流风场所引起的近地面风场特性的研究。其对下击暴流所引起的建筑结构风荷载特性研究相对较少。主要体现在：一方面关于下击暴流风荷载的研究主要集中于高层及高耸结构风荷载研究方面，对于

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使得气流与较干空气一同升入高空；由于高空温度降低，加之地面持续放热开始液化，开始形成积云且密度增大，随着时间推移，当重力大于浮力时，开速下沉，并随之冲击地面，向四周爆发，就产生了下击暴流[6]。Fujita[7,8]将这散的强风暴定义为下击暴流，用来说明这种由于气流的下沉冲击地面并向外的破坏性强风。且根据下击暴流影响水平尺度的大小，将划分下击暴流划分为形式，即宏下击暴流和微下击暴流。下击暴流整个发展的时间生命周期可分为期、成熟期和消散期[5]。Hjelmfelt[9,10]用完整的图示指出下击暴流的发展的三段，如下图 1.3 所示，并指出其产生强度的时间约为 13min，并通过获取搜WS 研究计划的资料进行总结归纳分析，将其所得数据得到给出如图 1.4 所示剖面示意图，可以发现下击暴流风场对称均匀分布，且在下击暴流辐散过程中风速剖面既包括沿径向的水平风剖面，也有外围扩散过程中形成的竖向风剖图中可以看出，水平风速随着地面高度的增加，呈先增大后减小的趋势，而竖速从下沉过程先增大，冲击地面时，阻碍增强，风速减小为零后扩散速度再增远离风暴中心时，竖向风速逐渐减小。

【参考文献】