带局部突出物屋面积雪分布研究
发布时间：2021-07-03 23:25
极端冰雪天气时常引发建筑结构的破坏和倒塌,导致巨额经济损失和大量的人员伤亡。各类屋盖结构由于功能需要、外部造型等原因常常在屋面布置各种形式的屋面局部突出物,使得风雪联合作用下产生的积雪分布形式对结构的作用更为不利,容易引起屋盖结构的损伤和破坏。我国现行的荷载规范有关该方面的规定尚有不合理之处,需要补充和完善,以保证结构设计使用过程中的安全性。国内目前缺少关于带局部突出物屋面积雪分布的研究,故本文对中外雪荷载规范进行对比,分析影响带局部突出物屋面积雪分布的各个关键因素,并通过风雪试验和数值模拟对带局部突出物屋面积雪分布规律进行研究,基于研究成果对我国规范提出修订建议。本文主要内容如下:首先对国内外规范中带局部突出物屋面积雪分布的规定进行对比,分析了各国规范考虑因素和计算方法的异同,确定了两种不同的计算原理和主要影响参数,并以典型算例作为代表比较各规范的计算结果的差异。采用风雪联合试验设备,并使用基于降雪模式的相似准则进行试验,对风速、风向、迎风侧屋面长度、突出物高度、突出物宽度、突出物横向位置等参数对屋面积雪分布的影响进行对比,明确突出物局部影响区域的计算方法和概念,得到各影响参数对屋面...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
屋面通风口积雪不均匀分布
哈尔滨工业大学硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义近年来，全球极端冰雪天气频发，其中大范围大规模的降雪造成了大量建筑结构破坏事故。据统计数据，2008年我国南方大部分地区、西北部分地区出现持续低温雨雪天气，造成48万间房屋倒塌和1500亿元的经济损失；2018年南方雪灾受灾人数达400余万，雪灾还导致部分省份几百间房屋不同程度的损坏甚至倒塌。我国大部分地区都可能受到冰雪极端天气引起的灾害。在我国，现代建筑的造型愈发多样化、复杂化，更多功能以及人性化设计需要满足[1]，并且较大跨度的民用和工业建筑的应用越来越普遍，由于建筑功能或造型需要常在屋面布置各种形式的局部突出物，如：采光或通风天窗、空调设备、光伏太阳能板等，例如我国机械工业厂房建筑设计规范中明确说明为节省人工照明能耗，设计普遍采用矩形天窗、采光罩等等[1]。而对于体育馆、大型工业厂房等本身就对雪荷载较为敏感的结构，局部突出物会造成其周围屋面大量积雪，如图1-1、图1-2所示，进一步加大了结构的安全隐患，轻则引起檩条弯曲变形、屋面板变形开裂，重则引起部分檩条、屋面板脱落，甚至整体结构倒塌。荷载效应超过规范规定的限值是出现工程事故的主要原因，国内一些学者认为我国对于带有局部突出物的屋面积雪分布系数偏小，且分布形式需要进行修正[3]。图1-1屋面通风口积雪不均匀分布图1-2屋面太阳能板积雪不均匀堆积[4]我国现行荷载规范中仅针对带天窗的坡屋面给定了两种分布形式，对女儿
哈尔滨工业大学硕士学位论文-4-图1-3莫华美屋面实测场地[11]图1-4张国龙带屋面实测场地[12]图1-5女儿墙屋面两种堆雪形式[12]李芳慧等[13]对带女儿墙平屋面积雪分布进行了实地测量，得到的屋面积雪分布与我国规范中的趋势比较类似，但积雪不均匀分布距离大约是为女儿墙高度的2~3倍，超出了我国规范规定的限值。赵雷[14]对包括典型高低屋面、带女儿墙屋面等多种常见屋面形式进行了模型实测、风洞试验以及数值模拟研究，发现高低屋面变跨处积雪的不均匀分布形式明显。中国规范、加拿大规范和欧洲规范规定的女儿墙高度2倍作为女儿墙对屋面积雪的影响范围，取值较小，远低于实测值，并指出女儿墙存在使屋面平均积雪系数增大约20%。肖艳[15]对包括典型高低屋面、带女儿墙的双坡屋面进行了数值模拟研究，分析了不同风速大孝不同风向角下的各类屋面积雪分布情况，指出风速越大，屋面积雪分布系数及不平衡雪荷载越大，并且女儿墙可以减小跨中的不平衡雪荷载和积雪分布系数，但会使女儿墙附近局部区域出现较大沉积。刘博雅等[16]通过模型试验对几类典型的高低屋面积雪分布进行研究，分析了高低屋面变跨处不均匀积雪的产生机理，考虑了包括风速、风向、高跨坡度等因素并将试验结果与各国荷载规范进行比对，为我国规范高低屋面雪荷载的相关规定提出修改建议。1.2.2带局部突出物屋面积雪分布研究现状针对屋面局部突出物的相关研究，国外开展相对较早，并且讨论的影响因
【参考文献】：
期刊论文
[1]积雪深度3D识别与数字摄影测量[J]. 张清文,刘盟盟,汤文,范峰. 哈尔滨工业大学学报. 2019(12)
[2]开洞口煤仓风致积雪数值模拟及雪荷载不利分区研究[J]. 姜昕彤,殷志祥,崔翰博. 计算力学学报. 2020(01)
[3]高跨为双坡屋面的高低屋面低跨平屋面积雪分布研究[J]. 刘博雅,张清文,刘盟盟,莫华美,范峰. 建筑结构学报. 2019(06)
[4]基于风雪联合试验系统的风致雪漂移试验相似准则研究[J]. 刘盟盟,张清文,钱逸伟,莫华美,范峰. 建筑结构学报. 2019(06)
[5]建筑雪工程学研究方法综述[J]. 范峰,章博睿,张清文,刘盟盟,张国龙,莫华美. 建筑结构学报. 2019(06)
[6]大跨度刚性屋盖数值模拟及女儿墙对风压影响分析[J]. 韩淼,王绅,杜红凯,李万钧,韩蓉. 工业建筑. 2019(03)
[7]典型低矮屋盖雪荷载分布特性实测研究[J]. 李方慧,孟凡,周晅毅. 自然灾害学报. 2016(01)
[8]积雪漂移风洞试验与数值模拟研究中输入风速的估算[J]. 莫华美,范峰,洪汉平. 建筑结构学报. 2015(07)
[9]大跨度轻钢结构风雪灾害原因与实例分析[J]. 张延年,王元清,石永久. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2011(02)
[10]首都国际机场3号航站楼屋面雪荷载分布研究[J]. 周晅毅,顾明,朱忠义,黄崑. 同济大学学报(自然科学版). 2007(09)
博士论文
[1]低矮建筑风雪流作用实测、试验与数值模拟[D]. 赵雷.西南交通大学 2017
硕士论文
[1]高低屋面积雪分布规律研究[D]. 刘博雅.哈尔滨工业大学 2019
[2]几类典型屋面结构雪荷载的模拟研究[D]. 肖艳.华南理工大学 2017
[3]雪荷载实测与风洞实验模拟方法研究[D]. 张国龙.哈尔滨工业大学 2015
[4]典型屋面积雪分布的数值模拟与实测研究[D]. 莫华美.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3263559
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
屋面通风口积雪不均匀分布
哈尔滨工业大学硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义近年来，全球极端冰雪天气频发，其中大范围大规模的降雪造成了大量建筑结构破坏事故。据统计数据，2008年我国南方大部分地区、西北部分地区出现持续低温雨雪天气，造成48万间房屋倒塌和1500亿元的经济损失；2018年南方雪灾受灾人数达400余万，雪灾还导致部分省份几百间房屋不同程度的损坏甚至倒塌。我国大部分地区都可能受到冰雪极端天气引起的灾害。在我国，现代建筑的造型愈发多样化、复杂化，更多功能以及人性化设计需要满足[1]，并且较大跨度的民用和工业建筑的应用越来越普遍，由于建筑功能或造型需要常在屋面布置各种形式的局部突出物，如：采光或通风天窗、空调设备、光伏太阳能板等，例如我国机械工业厂房建筑设计规范中明确说明为节省人工照明能耗，设计普遍采用矩形天窗、采光罩等等[1]。而对于体育馆、大型工业厂房等本身就对雪荷载较为敏感的结构，局部突出物会造成其周围屋面大量积雪，如图1-1、图1-2所示，进一步加大了结构的安全隐患，轻则引起檩条弯曲变形、屋面板变形开裂，重则引起部分檩条、屋面板脱落，甚至整体结构倒塌。荷载效应超过规范规定的限值是出现工程事故的主要原因，国内一些学者认为我国对于带有局部突出物的屋面积雪分布系数偏小，且分布形式需要进行修正[3]。图1-1屋面通风口积雪不均匀分布图1-2屋面太阳能板积雪不均匀堆积[4]我国现行荷载规范中仅针对带天窗的坡屋面给定了两种分布形式，对女儿
哈尔滨工业大学硕士学位论文-4-图1-3莫华美屋面实测场地[11]图1-4张国龙带屋面实测场地[12]图1-5女儿墙屋面两种堆雪形式[12]李芳慧等[13]对带女儿墙平屋面积雪分布进行了实地测量，得到的屋面积雪分布与我国规范中的趋势比较类似，但积雪不均匀分布距离大约是为女儿墙高度的2~3倍，超出了我国规范规定的限值。赵雷[14]对包括典型高低屋面、带女儿墙屋面等多种常见屋面形式进行了模型实测、风洞试验以及数值模拟研究，发现高低屋面变跨处积雪的不均匀分布形式明显。中国规范、加拿大规范和欧洲规范规定的女儿墙高度2倍作为女儿墙对屋面积雪的影响范围，取值较小，远低于实测值，并指出女儿墙存在使屋面平均积雪系数增大约20%。肖艳[15]对包括典型高低屋面、带女儿墙的双坡屋面进行了数值模拟研究，分析了不同风速大孝不同风向角下的各类屋面积雪分布情况，指出风速越大，屋面积雪分布系数及不平衡雪荷载越大，并且女儿墙可以减小跨中的不平衡雪荷载和积雪分布系数，但会使女儿墙附近局部区域出现较大沉积。刘博雅等[16]通过模型试验对几类典型的高低屋面积雪分布进行研究，分析了高低屋面变跨处不均匀积雪的产生机理，考虑了包括风速、风向、高跨坡度等因素并将试验结果与各国荷载规范进行比对，为我国规范高低屋面雪荷载的相关规定提出修改建议。1.2.2带局部突出物屋面积雪分布研究现状针对屋面局部突出物的相关研究，国外开展相对较早，并且讨论的影响因
【参考文献】：
期刊论文
[1]积雪深度3D识别与数字摄影测量[J]. 张清文,刘盟盟,汤文,范峰. 哈尔滨工业大学学报. 2019(12)
[2]开洞口煤仓风致积雪数值模拟及雪荷载不利分区研究[J]. 姜昕彤,殷志祥,崔翰博. 计算力学学报. 2020(01)
[3]高跨为双坡屋面的高低屋面低跨平屋面积雪分布研究[J]. 刘博雅,张清文,刘盟盟,莫华美,范峰. 建筑结构学报. 2019(06)
[4]基于风雪联合试验系统的风致雪漂移试验相似准则研究[J]. 刘盟盟,张清文,钱逸伟,莫华美,范峰. 建筑结构学报. 2019(06)
[5]建筑雪工程学研究方法综述[J]. 范峰,章博睿,张清文,刘盟盟,张国龙,莫华美. 建筑结构学报. 2019(06)
[6]大跨度刚性屋盖数值模拟及女儿墙对风压影响分析[J]. 韩淼,王绅,杜红凯,李万钧,韩蓉. 工业建筑. 2019(03)
[7]典型低矮屋盖雪荷载分布特性实测研究[J]. 李方慧,孟凡,周晅毅. 自然灾害学报. 2016(01)
[8]积雪漂移风洞试验与数值模拟研究中输入风速的估算[J]. 莫华美,范峰,洪汉平. 建筑结构学报. 2015(07)
[9]大跨度轻钢结构风雪灾害原因与实例分析[J]. 张延年,王元清,石永久. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2011(02)
[10]首都国际机场3号航站楼屋面雪荷载分布研究[J]. 周晅毅,顾明,朱忠义,黄崑. 同济大学学报(自然科学版). 2007(09)
博士论文
[1]低矮建筑风雪流作用实测、试验与数值模拟[D]. 赵雷.西南交通大学 2017
硕士论文
[1]高低屋面积雪分布规律研究[D]. 刘博雅.哈尔滨工业大学 2019
[2]几类典型屋面结构雪荷载的模拟研究[D]. 肖艳.华南理工大学 2017
[3]雪荷载实测与风洞实验模拟方法研究[D]. 张国龙.哈尔滨工业大学 2015
[4]典型屋面积雪分布的数值模拟与实测研究[D]. 莫华美.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3263559
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