基于体型特征的建筑风驱雨作用量分布特性数值研究

• 作 者: 邓羊晨
• 机 构: 合肥工业大学
• 出 处: 合肥工业大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 风驱雨(WDR) CFD数值分析 欧拉多相流 风雨联合作用 雨压荷载

风驱雨(Wind-Driven Rain,简称WDR)是风雨场中雨滴在降落过程中受风力驱动形成斜雨的一种自然现象。WDR可引发一系列工程问题：水分在多孔材料中积累易引发渗水、泛霜、冻融、开裂、保温材料失效等问题,甚至会导致构件破坏,危及结构安全。此外,在某些极端天气情况下风雨联合作用产生的WDR雨压荷载可能加剧房屋破坏甚至造成倒塌。因此,有必要针对风雨环境下不同体型建筑WDR雨强和雨压荷载分布特性开展研究,全面掌握不同建筑体型建筑风雨联合作用下WDR作用量分布特性,降低建筑风雨灾害,为相关领域研究提供基础。本文基于欧拉多相流模型,分别建立风相与雨相流场控制方程,以湍流模型封闭方程进行迭代求解的CFD数值分析方法,针对不同建筑体型的WDR雨强及雨压荷载分布开展数值研究。首先结合实测数据,采用欧拉多相流模型,对单栋低矮挑檐平屋面建筑进行CFD模拟迭代求解WDR场,模拟时选用三种不同湍流模型,通过与实测数据对比,分析验证模拟方法的有效性,以及WDR模拟时不同湍流模型的优缺点。其次,针对ISO半经验预测模型中的六种典型体型建筑开展WDR雨强CFD研究,并将数值结果与ISO半经验预测模型的预测结果进行对比,分析给出模型的改进意见;考虑到建筑立面突出物对WDR场的影响,对立面有突出但经验预测模型尚未提及的建筑WDR雨强分布特性开展研究。最后,模拟探讨不同体型建筑在风雨联合作用下的风雨场中WDR荷载分布,结果表明：某些极端天气情况下,建筑雨压荷载较显著。本文的研究成果可为不同建筑体型风雨联合作用下WDR作用效应的进一步研究以及实际工程的抗风雨设计提供参考和指导。