開(kāi)洞低矮建筑風(fēng)壓特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、歷年風(fēng)災(zāi)調(diào)查表明，低矮建筑的風(fēng)災(zāi)破壞約占總風(fēng)災(zāi)破壞的一半以上，而低矮建筑的整體損壞主要由局部破壞造成，這種局部破壞很大部分是由建筑物的開(kāi)洞引起的。通常低矮建筑會(huì)因使用功能需要，或在強(qiáng)風(fēng)中因風(fēng)致飛擲物的撞擊導(dǎo)致門(mén)窗破壞而形成開(kāi)洞，開(kāi)洞后低矮建筑的洞口處的內(nèi)部風(fēng)壓會(huì)驟然增大，此時(shí)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓不僅要考慮外壓作用，還要考慮內(nèi)外壓的共同作用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)孔低矮建筑的風(fēng)壓特性研究尚處于探索階段，工程師們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常忽略或粗略估計(jì)風(fēng)致內(nèi)壓

2、作用，目前各國(guó)規(guī)范對(duì)于開(kāi)洞建筑的風(fēng)壓取值也未作出明確規(guī)定，這樣會(huì)造成建筑結(jié)構(gòu)安全的巨大隱患。為此，本文對(duì)開(kāi)孔低矮建筑的風(fēng)壓特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期為開(kāi)孔低矮建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供有益的參考。
　　本文基于流體動(dòng)力學(xué)(CFD)原理，首先采用數(shù)值模擬方法模擬了國(guó)際通用低矮建筑標(biāo)準(zhǔn)模型TTU的風(fēng)壓特性，通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果和已有TTU試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法研究開(kāi)洞低矮房屋風(fēng)壓特性的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　其次本文對(duì)多個(gè)主開(kāi)洞的

3、低矮建筑的風(fēng)壓特性進(jìn)行了研究。目前開(kāi)孔低矮建筑風(fēng)致內(nèi)壓的研究成果中，對(duì)于單個(gè)主開(kāi)洞的風(fēng)壓特性研究較多，但多個(gè)主開(kāi)洞的情況在低矮建筑中也是很常見(jiàn)的，而相關(guān)研究卻是極為有限。本文研究了低矮建筑單面多個(gè)主開(kāi)洞和多面多個(gè)主開(kāi)洞時(shí)，在不同風(fēng)速和風(fēng)向角下低矮建筑的風(fēng)壓變化規(guī)律，并與單面開(kāi)單洞的風(fēng)壓變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)主開(kāi)洞低矮建筑的風(fēng)壓特性規(guī)律。提出了“通口效應(yīng)”，即低矮建筑在多面開(kāi)多個(gè)主洞口時(shí)，當(dāng)迎風(fēng)面開(kāi)洞位置、背風(fēng)面開(kāi)洞位置和風(fēng)向在一

4、條直線(xiàn)上時(shí)，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)達(dá)到最小值（除90°風(fēng)向角）。研究結(jié)果為多個(gè)主開(kāi)洞低矮房屋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　最后研究了新型低矮建筑——索穹頂結(jié)構(gòu)存在開(kāi)洞時(shí)的風(fēng)壓特性，目前對(duì)于開(kāi)洞索穹頂風(fēng)致內(nèi)壓特性的研究尚處于空白狀態(tài)。本文研究了不同開(kāi)洞位置、不同風(fēng)向角、不同風(fēng)速時(shí)，索穹頂結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布規(guī)律。較詳細(xì)的分析了開(kāi)洞穹頂結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)壓系數(shù)變化規(guī)律，為開(kāi)洞索穹頂結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。
　　本文研究得到的主要結(jié)

5、論包括:(1)“通口效應(yīng)”的存在:低矮建筑在兩面或多面開(kāi)多個(gè)主洞口時(shí)，當(dāng)迎風(fēng)面開(kāi)洞位置、背風(fēng)面開(kāi)洞位置和風(fēng)向在一條直線(xiàn)上時(shí)迎風(fēng)面、背風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)達(dá)到一個(gè)最小值（除90°風(fēng)向角）。(2)低矮建筑在多面開(kāi)洞時(shí)，當(dāng)迎風(fēng)面開(kāi)孔數(shù)量越多背風(fēng)面開(kāi)孔數(shù)量越少，無(wú)論是迎風(fēng)面還是背風(fēng)面建筑物洞口處的平均風(fēng)壓系數(shù)都有增大的趨勢(shì)，這是因?yàn)榇朔N條件下建筑對(duì)風(fēng)的阻礙作用增大所致。(3)低矮房屋在三面開(kāi)孔時(shí)，0°～60°風(fēng)向角下建筑物迎風(fēng)面、背風(fēng)面和側(cè)面的平均風(fēng)

6、壓系數(shù)都為正值，這與建筑單面、雙面開(kāi)孔時(shí)的情況有所不同。(4)索穹頂結(jié)構(gòu)在單個(gè)主開(kāi)洞口時(shí)和低矮建筑一樣，在其它條件不變時(shí)，洞口處的平均風(fēng)壓系數(shù)隨著風(fēng)速的增加而逐漸增大，但有所區(qū)別的是索穹頂結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面的平均風(fēng)壓系數(shù)多數(shù)在大于1的范圍之內(nèi)。索穹頂結(jié)構(gòu)在單面開(kāi)洞時(shí)，隨著開(kāi)洞高度的變化結(jié)構(gòu)頂部的平均風(fēng)壓系數(shù)的正負(fù)變化明顯。(5)由于索穹頂結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)的漸變性，當(dāng)開(kāi)洞位置和風(fēng)向角變化時(shí)，結(jié)構(gòu)表面存在平均風(fēng)壓系數(shù)為零的點(diǎn)、或線(xiàn)。(6)索穹頂結(jié)構(gòu)開(kāi)洞