攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

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攒尖四坡屋面广泛应用于民用房屋和野营房屋中,当其自重较轻时,对风雪作用较敏感,结构设计时风雪荷载通常是控制荷载,尤其是风作用下的不均匀雪荷载往往影响更大,而我国现行《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)仅根据经验并参考国外有关规范和资料,给出有限类别屋面的积雪分布系数,未反映攒尖四坡这种体型,且国外规范也尚无规定,其在设计时只能近似参照其他体型,可能造成设计不合理或存在安全隐患。因此,对攒尖四坡屋面的风致雪漂移运动进行研究具有重要的理论意义及工程应用价值。为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律,基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定,考虑雪颗粒的跃移和悬移两种运动模式,运用计算流体动力学软件,选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟,将模拟结果与实地观测数据对比,探讨与分析数值风洞的关键技术和参数设置,验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求,设计分析模型与分析工况,在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5m/s、7m/s、9m/s、11m/s、13m/s、15m/s,风向角0°、15°、30°、45°和屋面坡度25°、30°、34°、40°、45°为分析参数,对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟,得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律,提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明:风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化,某些区域会出现侵蚀状态和沉积状态的相互转化。风速和坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。当风速超过9m/s时,迎风面被完全侵蚀。当屋面坡度较大时,屋面整体呈侵蚀状态;当屋面坡度较小时,迎风面仅发生侵蚀,背风面在部分工况下发生沉积现象。
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