基于CFD方法的建筑风驱雨量及雨压荷载的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jfhz2001
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我国是世界上登陆热带气旋最多的国家之一,每次台风登陆后都会造成大量的房屋建筑损毁和人员伤亡,给国民经济带来巨大损失。台风登陆时总是携带暴雨同时袭击建筑表面,大量雨滴以较大的速度冲击建筑壁面,将加剧建筑的破坏。因此,如何较全面掌握多层建筑以及对风敏感的高层建筑在风驱雨(Wind-DrivenRain,简称WDR)环境下的风驱雨量及其荷载的分布特性,以便采取有效抗风雨措施降低灾害十分必要。本文采用CFD数值分析方法,对多高层建筑(群)以及不同布局下的群体建筑迎风面WDR雨量及雨压荷载分布特性进行了研究。CFD方法是基于平均Navier-Stokes方程和Realizablekε湍流封闭模型,引入Euler-Euler多相流模型并运用UDF自编程序对建筑壁面条件进行干预,结合雨滴谱和雨滴降落末速度经验公式,求解多相流场的雨滴体积分数、速度作为边界信息,在此基础上模拟求解建筑WDR场。首先,模拟求解多、高层单体建筑WDR场,获取不同风速和雨强条件下的雨滴运动轨迹,以及建筑迎风面WDR雨量及雨压荷载分布。分析结果表明,随着风速和雨强增大,WDR抓取率和WDR荷载都有不同程度的增加,多、高层单体建筑的最大WDR荷载可分别达到最大纯风荷载的6.86%,7.10%。其次,研究不同布局下高低层群体建筑WDR运动及分布特性。与单体相比,群体建筑中前排建筑WDR抓取率及WDR荷载分布规律基本不变,后排建筑则变化较大。通过分析比较不同布局的群体建筑在相互气动干扰影响下迎风面的WDR分布,获得间距与排列变化对WDR抓取率及其荷载分布影响的规律。结果表明,建筑间距越近,相互之间干扰就越明显,特别是多层建筑的WDR荷载会降低得越多;迎风面最大WDR荷载与纯风荷载比值prain/pwind随着建筑间距的减小而减小。当结构错开排列时WDR分布影响最大,导致后排多层建筑迎风面抓取率和雨压荷载增加十分明显。本文的研究成果可为进一步研究超高层和复杂群体建筑的WDR分布及其作用效应,以及实际工程的抗风雨设计提供参考和指导。
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