轻型折叠落地四坡野营房屋表面风压分布分析
发布时间：2019-07-31 17:19
【摘要】：为了研究轻型折叠落地四坡野营房屋在风作用下表面风压分布特性,基于计算流体动力学和大气边界层基本理论,运用计算流体力学软件Fluent,参考现场实测和风洞试验结果,对落地四坡野营房屋进行数值模拟基础性研究,确定网格划分方式、网格数量及湍流模型等技术及基本参数。在此基础上:以风向角和落地坡角为参数,进行了24种工况下落地四坡房屋表面风压分布的数值计算,得到房屋表面风压分布特性及风荷载体型系数;用影响建筑气动外形的表面各区体型系数为参数,以对建筑表面作用最小为目标进行体型优化,得到合理体形的建筑落地坡角为60°~72°(屋脊角为132°~140°)。研究结果可为落地四坡房屋的抗风设计及体型优化提供理论依据。
【图文】：
型结构使用功能方面的优点，现场展开与折叠方便，局部使用空间大且易排雨雪，已被广泛运用于救灾、军事等领域。该类房屋总体质量轻，置于大气边界层中风速变化大、湍流度高的近地区域时，风致响应十分明显，属于风敏感结构。图１轻型折叠落地四坡野营房屋外形Ｆｉｇ．１Ｓｈａｐｅｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｆｏｌｄｉｎｇｌａｎｄｉｎｇｈｉｐｐｅｄｃａｍｐｉｎｇｈｏｕｓｅ目前，国内外研究学者对双坡屋顶房屋抗风设计研究比较成熟，国内《建筑结构荷载规范》［２］给出双坡屋顶房屋在０°和９０°风向角下的体型系数，日本荷载规范ＡＩＪ２００４［３］考虑了建筑体量和风向角因素的影响，给出了局部风载体型系数。文献［４－６］通过现场实测与试验研究得出，房屋外形参数对双坡屋顶房屋表面风压分布和周围风场有较大的影响。文献［７－９］通过数值模拟研究了屋面建筑体量对其表面风压分布特性的影响，并进行了体型优化分析。文献［１０－１１］采用数值模拟对野营折叠网壳帐篷进行系统研究，发现风向角对其表面风荷载体型系数有较大影响。目前，对于轻型折叠落地四坡野营房屋风作用的定量分析与探讨鲜有报道，抗风设计也只能近似参照双坡屋顶房屋的体型系数［２］，由于这两种房屋体型存在明显的差异，因此需考虑其他风向作用对前一种房屋表面风压分布特性的影响，以消除可能存在的安全隐患。本文考虑流体流动与建筑的流固耦合效应，将轻型折叠落地四坡野营房屋看作刚性结构，对其进行定量的数值模拟研究，探讨并确定合理的参数，在此基础上计算落地四坡野营房屋在风作用下的表面体型系数，为该类房屋的抗风优化设计提供理论依据。１模型分析折叠落地四坡野营房屋的骨
型折叠落地四坡野营房屋看作刚性结构，对其进行定量的数值模拟研究，探讨并确定合理的参数，在此基础上计算落地四坡野营房屋在风作用下的表面体型系数，为该类房屋的抗风优化设计提供理论依据。１模型分析折叠落地四坡野营房屋的骨架跨度５５２０ｍｍ，长６０００ｍｍ，檐高１９２０ｍｍ，，顶高２６８０ｍｍ，由建筑结构构成的几何关系分析得到，落地坡角θ１和屋脊角θ２的关系为２θ１＋３θ２＝５４０°。风向角及模型表面分区［３］和监测点的布置［１２］如图２所示。图２风向角及模型表面分区和监测点的布置Ｆｉｇ．２Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓｏｆｍｏｄｅｌｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｐａｒｔｉｔｉｏｎｓａｎｄａｒｒａｎｇｉｎｇｏｆｐｏｉｎｔｓ为了与ＴＴＵ标准模型风洞试验结果对比，本文以风速为１０ｍ／ｓ，风向角为９０°的工况为例，且以落地坡角θ１为９０°，屋脊角θ２为１２０°的模型进行数值模拟的基础性研究，选取模型横向中轴线上的１１个测压点作为监测点，如图２所示。１．１边界条件运用Ｆｌｕｅｎｔ６．３．２６流体软件分析，采用Ｇａｍ－ｂｉｔ２．４．６对风洞试验模型进行足尺建模。对于低矮房屋而言，脉动风压的存在只是使建筑物表面分布压力产生波动，形成随时间和空间变化的峰值压力。因此，研究低矮房屋的风荷载特性主要是研究其表面平均风压分布的规律及压力峰值随时间与空间变化的规律［１０，１３－１４］，故数值模拟的边界条件设定为稳态，入口是速度进流边界条件，应用指数率模拟边界层风速剖面，以用户自定义函数的方式表示为ＵＺ
【作者单位】： 长安大学建筑工程学院;长安大学理学院;
【基金】：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2013G3284016)
【分类号】：TU312.1
本文编号：2521474
【图文】：
型结构使用功能方面的优点，现场展开与折叠方便，局部使用空间大且易排雨雪，已被广泛运用于救灾、军事等领域。该类房屋总体质量轻，置于大气边界层中风速变化大、湍流度高的近地区域时，风致响应十分明显，属于风敏感结构。图１轻型折叠落地四坡野营房屋外形Ｆｉｇ．１Ｓｈａｐｅｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｆｏｌｄｉｎｇｌａｎｄｉｎｇｈｉｐｐｅｄｃａｍｐｉｎｇｈｏｕｓｅ目前，国内外研究学者对双坡屋顶房屋抗风设计研究比较成熟，国内《建筑结构荷载规范》［２］给出双坡屋顶房屋在０°和９０°风向角下的体型系数，日本荷载规范ＡＩＪ２００４［３］考虑了建筑体量和风向角因素的影响，给出了局部风载体型系数。文献［４－６］通过现场实测与试验研究得出，房屋外形参数对双坡屋顶房屋表面风压分布和周围风场有较大的影响。文献［７－９］通过数值模拟研究了屋面建筑体量对其表面风压分布特性的影响，并进行了体型优化分析。文献［１０－１１］采用数值模拟对野营折叠网壳帐篷进行系统研究，发现风向角对其表面风荷载体型系数有较大影响。目前，对于轻型折叠落地四坡野营房屋风作用的定量分析与探讨鲜有报道，抗风设计也只能近似参照双坡屋顶房屋的体型系数［２］，由于这两种房屋体型存在明显的差异，因此需考虑其他风向作用对前一种房屋表面风压分布特性的影响，以消除可能存在的安全隐患。本文考虑流体流动与建筑的流固耦合效应，将轻型折叠落地四坡野营房屋看作刚性结构，对其进行定量的数值模拟研究，探讨并确定合理的参数，在此基础上计算落地四坡野营房屋在风作用下的表面体型系数，为该类房屋的抗风优化设计提供理论依据。１模型分析折叠落地四坡野营房屋的骨
型折叠落地四坡野营房屋看作刚性结构，对其进行定量的数值模拟研究，探讨并确定合理的参数，在此基础上计算落地四坡野营房屋在风作用下的表面体型系数，为该类房屋的抗风优化设计提供理论依据。１模型分析折叠落地四坡野营房屋的骨架跨度５５２０ｍｍ，长６０００ｍｍ，檐高１９２０ｍｍ，，顶高２６８０ｍｍ，由建筑结构构成的几何关系分析得到，落地坡角θ１和屋脊角θ２的关系为２θ１＋３θ２＝５４０°。风向角及模型表面分区［３］和监测点的布置［１２］如图２所示。图２风向角及模型表面分区和监测点的布置Ｆｉｇ．２Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓｏｆｍｏｄｅｌｓｕｒｆａｃｅｗｉｎｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｐａｒｔｉｔｉｏｎｓａｎｄａｒｒａｎｇｉｎｇｏｆｐｏｉｎｔｓ为了与ＴＴＵ标准模型风洞试验结果对比，本文以风速为１０ｍ／ｓ，风向角为９０°的工况为例，且以落地坡角θ１为９０°，屋脊角θ２为１２０°的模型进行数值模拟的基础性研究，选取模型横向中轴线上的１１个测压点作为监测点，如图２所示。１．１边界条件运用Ｆｌｕｅｎｔ６．３．２６流体软件分析，采用Ｇａｍ－ｂｉｔ２．４．６对风洞试验模型进行足尺建模。对于低矮房屋而言，脉动风压的存在只是使建筑物表面分布压力产生波动，形成随时间和空间变化的峰值压力。因此，研究低矮房屋的风荷载特性主要是研究其表面平均风压分布的规律及压力峰值随时间与空间变化的规律［１０，１３－１４］，故数值模拟的边界条件设定为稳态，入口是速度进流边界条件，应用指数率模拟边界层风速剖面，以用户自定义函数的方式表示为ＵＺ
【作者单位】： 长安大学建筑工程学院;长安大学理学院;
【基金】：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2013G3284016)
【分类号】：TU312.1
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