低矮建筑物龍卷風(fēng)荷載特性研究.pdf

1、龍卷風(fēng)具有生消迅速破壞力極強的特點，所到之處樹木連根拔起、房屋受損嚴(yán)重，并且經(jīng)常卷積碎片，威力十分驚人。人類通過雷達(dá)實測、理論研究、實驗?zāi)M、數(shù)值模擬等方法對龍卷風(fēng)有了更深刻的認(rèn)識。但是由于龍卷風(fēng)流場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，卷積飛射物后對建筑破壞力更加驚人，很難短期內(nèi)完全模擬風(fēng)場對建筑的破壞。
　　基于計算流體動力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬方法研究龍卷風(fēng)風(fēng)場特性。建立風(fēng)場生成模型并選擇合理參數(shù)設(shè)置，將 Spencer龍卷風(fēng)雷達(dá)實測數(shù)據(jù)作為風(fēng)場的入口邊

2、界條件，通過在動量、湍動能和耗散率方程中添加源項來考慮風(fēng)場低空處的慣性阻尼，根據(jù)慣性阻尼與植被粗糙源對應(yīng)關(guān)系，分析不同疏密程度和葉面密度的植被對龍卷風(fēng)風(fēng)場特性的影響，力求通過模擬得到與實測龍卷風(fēng)一致的風(fēng)場結(jié)構(gòu)。
　　通過分析風(fēng)場結(jié)構(gòu)，把封閉平屋面低矮建筑放在風(fēng)場破壞力較強的位置并且考慮風(fēng)向角的影響，得到建筑物表面風(fēng)壓系數(shù)分布、3D渦量圖、速度矢量圖及建筑周圍流場跡線圖，分析封閉平屋面建筑在風(fēng)場中的受力特點。將8 m×4 m、4 m

3、×4 m開洞形式的建筑放在受龍卷風(fēng)影響較大位置，分析洞口的存在對建筑內(nèi)外墻風(fēng)壓系數(shù)分布、渦量圖及速度矢量圖的影響，來確定洞口對建筑抗龍卷風(fēng)的作用。考慮屋面坡度對建筑抗龍卷風(fēng)的影響，將15°和30°坡屋面建筑放在核心半徑處，變化不同轉(zhuǎn)角，分析其表面風(fēng)壓系數(shù)分布特征。
　　采用滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格技術(shù)，通過建筑物的移動來實現(xiàn)龍卷風(fēng)的等效移動，捕捉龍卷風(fēng)對建筑模型的動態(tài)效果。研究建筑物表面風(fēng)壓荷載和建筑物周圍三維渦量圖，將等效移動龍卷風(fēng)與靜