圆形土楼屋盖风荷载特性风洞试验及数值模拟研究

• 作 者: 邵昆;彭兴黔;
• 机 构: 华侨大学土木工程学院 泉州 362021
• 出 处: 第十五届全国结构风工程学术会议暨第一届全国风工程研究生论坛
• 发表日期: 2011年期

福建土楼是特指分布在闽西和闽南山区那种适应大家族聚居、具有突出防卫功能,并且采用夯土墙和木梁柱共同承重的多层的巨型低矮居住建筑.由于其挑檐巨大,当台风袭击时极易被掀翻,而闽西和闽南山区又地处东南沿海台风多发地带,台风造成的土楼屋盖破坏数不胜数.文中选取客家圆形土楼中最有代表性的振福楼为建筑模型，以1/40的比例建立风洞试验模型，进行风洞试验。通过风洞试验和数值模拟所得结果的比较分析，得出以下结论：数值模拟（足尺模型）和风洞试验（缩尺模型）的结果，从整体趋势上看均有较好的吻合。这表明数值模拟方法可以和风洞试验相结合，为土楼的抗风设计提供参考依据。客家圆形土楼振福楼屋盖表面风荷载特性主要表现为：除迎风面外挑屋檐下表面以正压为主外，其余均主要以负压为主。从风洞试验的点体型系数和数值模拟风压分布云图均可见，悬挑屋檐的前缘部分所受的风压是该屋面分区平均风压系数的数倍，成为屋面最危险的地方。屋盖前缘的净风压最大，且变化剧烈。从风流场风速矢量图可以看出，在屋盖悬挑前缘和屋脊处，气流分离现象明显，分离后的气流再附着现象也很明显。总平均风压系数、净风压系数及点风压系数基本上沿着顺风向中心线对称分布，外挑檐区域的变化梯度较大。迎风面屋盖外挑檐部分上下表面净风压力较大，会对挑檐产生很大的向上的力，在台风作用下容易发生破坏。外挑檐净风压系数变化梯度明显大于内挑檐。所以，对屋盖来说外挑更加不利。