轻型五脊四坡房屋群风致干扰效应研究

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轻型五脊四坡房屋应用比较广泛,尤其常见于一些军用野营房屋和户外临时建筑,而使用中又多被布置成群体形式,且房屋本身质量较轻,因而对风的作用较为敏感,这也使得风荷载在其结构设计中通常作为其控制荷载。但是目前国内外规范对群体干扰效应的规定较少,且多集中于高层群体,对同体型同体量的低矮房屋群尚无规定,使得其在设计中无据可依,为保证该类房屋群使用过程中的合理性和安全性,急需对其展开风致干扰效应的研究,具有理论意义和工程应用价值。本文以大气边界层基本理论和计算流体动力学(CFD)基本原理为理论依据,运用FLUENT软件并借助TTU试验进行了大量的试算,探讨分析了计算域尺寸、网格划分类型及数量、湍流模型、离散格式、求解算法和收敛准则等主要技术参数,建立数值风洞。在此基础上根据轻型五脊四坡房屋在群体形式下的使用功能要求设计布置方案,并选取反映群体房屋间距与房屋长度和宽度关系的5种横、纵疏密系数,以及0°、45°、90°三个风向角,对组合而成的75种工况进行数值模拟,得出群体布置下目标房屋的表面风压分布规律,再引入干扰因子对房屋群风致干扰效应进行量化分析,得到适用于轻型五脊四坡房屋群抗风设计的风荷载体型系数。结果表明:在对大规模多工况的房屋群进行风致干扰效应的研究时,采用数值风洞模拟的方法不仅经济高效同时精度也有保证。规则布置的房屋群中位于边部和角部的房屋受到风致干扰效应的影响尤为严重;45°风向角下房屋群的干扰效应对其造成的影响相较于0°和90°时更为不利;当疏密系数为0.5时,房屋表面出现放大效应的最大值2.4,因此风致干扰效应的影响不可忽视,当疏密系数超过1.5后,风致干扰效应的影响有70%~80%不等的降幅,之后便趋于稳定,当疏密系数大于等于5时,风致干扰效应基本消失;通过对规则布局下的轻型五脊四坡房屋群表面风压分布和干扰因子进行分析,得到其中目标房屋的风荷载体型系数,为规则布局下的此类房屋群间距的确定和抗风设计提供参考。
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