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我国海岸线广阔,台风活动频繁,沿海地区经常遭受台风侵扰,对大量的建筑物造成破坏。台风天气的一个显著特点是狂风携带着暴雨共同作用于近地建筑物和构筑物,风加上雨的作用使得建筑的荷载超出了目前建筑的设计标准,从而对它们的安全造成很大的威胁。因此研究雨在风的作用在对建筑结构物的影响,尤其是雨的附加荷载显得意义重大。
本文采用基于CFD(计算流体动力学)的数值方法对低矮房屋的风驱雨效应进行了研究。本文采用的模拟方法首先对强风时低矮建筑周围的风场进行模拟,得出建筑迎风面上的风荷载分布。进而采用Fluent中离散相模型(DPM)在已经计算好的风场中插入雨滴,进行雨滴的追踪,得到插入到风场中的每个雨滴的轨迹。在后处理分析上,对每条雨滴轨迹进行计算,并将建筑的迎风面以0.1m2为单位划分成若干块,进行风雨荷载的对比分析。
首先对二维低矮建筑周围的风场进行模拟,得到建筑迎风面的风荷载分布。然后在风场中插入降雨,通过Fluent软件追踪每个雨滴的轨迹,捕捉建筑迎风面的雨滴位置、速度、质量流。最后对建筑迎风面进行分区,对各分区统计分析风荷载、风驱雨量(LIF值)和雨的附加荷载在建筑迎风面上的分布规律。研究表明,雨荷载在分区之间具有显著的跳跃性;当风速和降雨量均较大时,雨荷载不可忽略。
二维数值模拟之后,本文对低矮建筑风驱雨的数值模拟进行三维扩展。三维风驱雨数值模拟采用随机布点法设置雨滴插入点。对建筑的迎风面风驱雨在水平方向和垂直方向上的分布规律进行统计分析研究。
本文最后对风驱雨的现场实测方法进行了研究,对实测主要仪器进行了介绍,同时提出了风驱雨实测的主要步骤。