低层四坡屋面房屋风荷载的风洞试验与数值模拟-精品文档
- 格式:docx
- 大小:27.46 KB
- 文档页数:12
关于坡屋顶建模的风荷载计算
目前,越来越多的建筑为了造型美观采用坡屋顶.结构设计人员在PKPM建模计算时,处理不当可能导致计算结果的失真.在此,笔者通过以下算例进行比较说明.
工程算例采用平面尺寸3mX6m的一个两层建筑,一层层高3m,二层总高4m(坡屋顶高度2m),如下图:
采用以下两种方式分别建模计算:
A、楼层组装时二层层高输入2m,屋脊节点升节点高度2m.
B、楼层组装时二层层高输入4m,檐口节点降节点高度2m.
计算时,两个模型除建模方式不同外,参数选取均相同.通过计算,得到的风荷载计算结果如下:
A建模方案的风荷载计算结果如下表
B建模方案的风荷载计算结果如下表
C平屋面建筑的风荷载计算结果如下表
通过比较,可以看出A方案与B方案的一层风荷载计算完全一致,二层的风荷载计算差异较大,且B方案与平屋顶建筑的风荷载计算结果完全一致.经查阅资料并向PKPM技术人员咨询,坡屋顶的建模应采用降节点的方式进行建模,升节点的建模方式风荷载计算未计入坡屋面高度范围的风荷载.
同样应注意,PKPM对于楼(屋)面面荷载的输入是以楼
板的投影面积为基准,输入坡屋面面层恒荷载时需用标准值应除以坡屋面角度余弦,而规范给出的活荷载是基于投影面的值,故不需修正.
以上两点是图纸审查过程中经常遇到的问题,在此加以详解供大家参考.。
平面L形低矮房屋平均风压分布特性数值模拟聂少锋;毛路;马轶;丁武侠【摘要】Based on atmospheric boundary layer theory and hydrodynamic theory,numerical study was conducted on mean wind pressure distribution characteristic of plan L-shaped low-rise buildings by using FLUENT.By contrast,the simulation results agreed well with that of wind tunnel tests,which showed that the numerical simulation was reliable in numerical analyzing.Based on numerical simulation,the influence on the regularities of mean wind pressure coefficient distribution and shape factor was carried out.The parameters included wind direction,roof pitch,lengths of wing,cave height and roof shape.The results show that wind direction and roof pitch are the main factors that influence on the distribution of mean wind pressure coefficient of roof and shape factor.The site of the worst negative peak pressure changes along with wind direction.But it tends to be formed on ridge and cave of windward roof.The worst negative peak pressure of windward roof decreases with the increase of roof pitch.The distribution of mean wind pressure coefficient of roof under the leeward area is uniform.Hip roof has more positive ridges and tends to form high negative pressure zone on leeward of positive ridges.Hence,these zones are easier to be destroyed.%基于大气边界层基本理论和流体动力学基本原理,采用FLUENT软件对平面L形低矮房屋风压分布特性进行了数值模拟研究.将数值计算结果与风洞试验结果对比分析,结果吻合良好,表明数值模拟方法是合理可行的.通过数值模拟,详细分析了风向角、屋面坡度、房屋翼长、檐口高度和屋面形式等参数对平面L形低矮房屋外表面平均风压系数分布规律及体型系数的影响.结果表明:风向角与屋面坡度是影响屋面的风压系数分布与体型系数的最主要因素;最不利负压的位置随风向角的改变而不断变化,但往往出现在迎风屋面屋脊及屋檐区域;迎风屋面最不利负压随屋面坡度的增加逐渐减小,背风屋面风压系数分布相对均匀;四坡屋面阳屋脊较多,其背风区往往形成高负压区,这些区域更容易遭受风灾破坏.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2017(033)004【总页数】10页(P168-177)【关键词】低矮房屋;平面L形;湍流模型;体型系数;风压系数【作者】聂少锋;毛路;马轶;丁武侠【作者单位】长安大学建筑工程学院,西安710061;长安大学建筑工程学院,西安710061;陕西省高速公路建设集团公司,西安710054;长安大学建筑工程学院,西安710061【正文语种】中文历次风灾调查显示,低矮房屋的损坏往往是由屋面吸力所致。
关于坡屋顶建模的风荷载计算
目前,越来越多的建筑为了造型美观采用坡屋顶.结构设计人员在PKPM建模计算时,处理不当可能导致计算结果的失真.在此,笔者通过以下算例进行比较说明.
工程算例采用平面尺寸3mX6m的一个两层建筑,一层层高3m,二层总高4m(坡屋顶高度2m),如下图:
采用以下两种方式分别建模计算:
A、楼层组装时二层层高输入2m,屋脊节点升节点高度2m.
B、楼层组装时二层层高输入4m,檐口节点降节点高度2m.
计算时,两个模型除建模方式不同外,参数选取均相同.通过计算,得到的风荷载计算结果如下:
A建模方案的风荷载计算结果如下表
B建模方案的风荷载计算结果如下表
C平屋面建筑的风荷载计算结果如下表
通过比较,可以看出A方案与B方案的一层风荷载计算完全一致,二层的风荷载计算差异较大,且B方案与平屋顶建筑的风荷载计算结果完全一致.经查阅资料并向PKPM技术人员咨询,坡屋顶的建模应采用降节点的方式进行建模,升节点的建模方式风荷载计算未计入坡屋面高度范围的风荷载.
同样应注意,PKPM对于楼(屋)面面荷载的输入是以楼
板的投影面积为基准,输入坡屋面面层恒荷载时需用标准值应除以坡屋面角度余弦,而规范给出的活荷载是基于投影面的值,故不需修正.
以上两点是图纸审查过程中经常遇到的问题,在此加以详解供大家参考.。
基于风洞实验和数值模拟的大跨度桥梁风荷载研究大跨度桥梁的风荷载研究在工程领域具有重要的意义。
风荷载是指桥梁在风场中所受到的气动作用力,对桥梁的结构稳定性和安全性有着直接的影响。
为了准确评估大跨度桥梁的风荷载,通常使用风洞实验和数值模拟两种方法进行研究。
风洞实验是一种基于模型的实验方法,它可以在实验室中模拟真实的风场环境,通过测量模型所受到的风压力来评估风荷载。
风洞实验具有直观、准确的优点,可以提供大量的实验数据用于分析和研究。
然而,由于受到实验条件的限制,风洞实验往往只能对狭窄的风荷载范围进行研究,并不能完全覆盖大跨度桥梁的实际情况。
数值模拟是利用计算机模拟方法对大跨度桥梁的风荷载进行研究。
数值模拟通过对流体力学原理和计算流体力学方法的应用,可以对复杂的风场环境进行模拟,并计算桥梁结构所承受的风压力。
数值模拟不受实验条件的限制,可以对大跨度桥梁的各种风荷载情况进行研究和分析。
然而,数值模拟需要建立准确的数学模型,对边界条件和参数的选取有一定的要求,并且需要耗费大量的计算资源。
风洞实验和数值模拟相辅相成,可以互相验证和补充。
风洞实验可以提供实验数据用于数值模拟的验证和校正,同时数值模拟可以对风洞实验中无法测量到的细节进行预测和分析。
通过综合利用这两种方法,可以得到更准确、可靠的大跨度桥梁风荷载数据。
在大跨度桥梁风荷载研究中,还需要考虑桥梁的结构形式和空气动力学特性对风荷载的影响。
大跨度桥梁通常包括悬索桥、斜拉桥和梁-吊杆桥等结构形式,每种结构形式在风场中所受到的风荷载特性也有所不同。
此外,桥梁的气动特性如激振频率、气动阻尼等也会对风荷载产生影响。
因此,在进行大跨度桥梁风荷载研究时,需要综合考虑这些因素,以得到最准确的结果。
总之,大跨度桥梁风荷载的研究是一个复杂而重要的课题。
通过风洞实验和数值模拟相结合的方法,可以对大跨度桥梁的风荷载进行全面而准确的评估,为桥梁的设计和施工提供科学依据。
风洞试验概述_黄本才第六章风洞实验概述风洞试验是依据运动的相似性原理,将被试验对象(飞机、大型建筑、结构等)制作成模型或直接放置于风洞管道内,通过驱动装置使风道产生一股人工可控制的气流,模拟试验对象在气流作用下的性态,进而获得相关参数,以确定试验对象的稳定性、安全性等性能。
世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。
美国的莱特兄弟于1901年制造了试验段0.56米见方、风速12m/s的风洞,从而于1903年发明了世界上第一架实用的飞机。
风洞自19世纪后期问世以后,为风效应研究创造了良好的试验条件,开始了风对建筑物的破坏作用的研究。
1894年,丹麦J. O. V. Irminger在风洞中测量了建筑物模型的表面风压。
风洞的大量出现是在20世纪中叶,随着工业技术的发展,风洞试验(主要是低速风洞)从航空航天领域扩大到一般工业部门。
到了20世纪20年代,Jaray将空气动力学理论应用于汽车外形设计,以降低汽车的气动阻力系数。
例如,当汽车速度达到180km/h时,空气阻力可占总阻力的1/3。
对小汽车模型进行风洞试验,合理修形,可使气动阻力减小75%。
20世纪30年代,英国国家物理试验室(NPL)在低湍流度的航空风洞中进行了风对建筑物和构筑物影响的研究工作,指出了在风洞中模拟大气边界层湍流结构的重要性。
1934年,德国L.Prandtl在哥廷根流体力学研究所(AVA)建造了世界上第一座环境风洞,开展环境问题的试验研究。
20世纪50年代末,丹麦M. Jensen对于风洞模型相似律问题作了重要阐述,认为必须模拟大气边界层气流的特性。
另外,美国J. E. Cermak在科罗拉多州大学和加拿大A.G.Davenport 在西安大略大学分别建成了长试验段的大气边界层风洞,标志着对风工程有了专门的模拟试验研究设备。
从20世纪80年代开始,大气边界层风特性的模拟技术,特别是大尺度湍流的模拟技术有了较大的发展,另外一些专用的实验设备及测试仪器的研制成功,使风洞中模拟各种气象、地面及地形条件的范围扩大以及研究空气污染和风载、风振问题的能力提高。
双坡屋面低矮建筑风载特性的数值模拟的开题报告一、研究背景双坡屋面低矮建筑是一种常见的建筑形式,其设计与风载特性研究一直是建筑工程领域中的重要问题。
在建筑工程中,风荷载是建筑物所承受的重要荷载之一,其大小和分布直接影响到建筑物的稳定性和结构安全性。
对于双坡屋面低矮建筑,由于其表面几何形状不规则,风荷载作用的复杂性较高,因此针对其风载特性的研究尤为重要。
传统的研究方法是采用实验手段进行,但时间、成本和条件等方面的限制,使得在实验中无法涵盖所有可能的情况,同时还有不可避免的误差。
而数值模拟技术可以通过建立模型,在计算机上模拟建筑物在风场中的响应,从而较为准确地预测风荷载的大小和分布,这成为解决传统实验方法无法解决的难点。
二、研究内容和目标本文主要研究双坡屋面低矮建筑的风载特性,采用数值模拟技术,建立数值模型,在计算机上模拟建筑物在风场中的响应,较为准确地预测风荷载的大小和分布。
具体包括以下内容:1. 建立模型:构建双坡屋面低矮建筑的数值模型,包括建筑物的几何形状和材料特性等参数的设置。
2. 建立风场:建立风场数值模型,包括风速分布、风向、风荷载谱等参数设置。
3. 进行模拟计算:进行数值模拟计算,模拟建筑物在风场中的响应,得到其风荷载的大小和分布情况。
4. 分析评估:对计算结果进行分析评估,得出双坡屋面低矮建筑的风载特性,并与传统实验结果进行比较分析,验证模拟结果的准确性和可靠性。
三、研究意义和创新点1. 研究双坡屋面低矮建筑的风载特性,为其设计提供科学依据,提高建筑物的结构安全性。
2. 采用数值模拟技术进行研究,解决传统实验方法面临的时间、成本和条件等方面的限制,提高研究效率。
3. 通过与实验结果进行比较分析,验证数值模拟技术在研究风载特性方面的准确性和可靠性,为未来建筑工程的设计提供了新的研究方法。
四、研究方法和技术路线本文采用数值模拟技术研究双坡屋面低矮建筑的风载特性,具体的研究方法包括:1. 建立双坡屋面低矮建筑的数值模型。
建筑风荷载数值模拟简介本文简单介绍了风荷载数值模拟在实际工程中的应用,然后结合计算风工程的相关理论采用流体计算软件Fluent对一双坡屋面房屋进行实例试算,将计算得出的建筑风压系数同各国设计规范的推荐值对比,计算结果基本上与各国规范的平均值较接近,可为工程设计人员在实际应用中提供参考。
标签:风荷载数值模拟;Fluent在一般民用建筑工程结构设计中,建筑的风荷载体型系数一般由《建筑结构荷载规范》中查表得出。
但随着我国经济水平的不断提升和建筑行业的不断发展,各类造型的新式建筑不断涌现,数值模拟逐渐成为分析建筑风荷载一种经济有效的手段。
本文将对CFD软件Fluent进行初步介绍,并通过分析简单的房屋实例模型计算结果与规范给出的风压系数进行对比,给广大工程设计人员应用数值模拟提供参考。
1、Fluent简介Fluent是一款常用于风荷载数值模拟计算的大型商业软件。
流体连续性方程和Navier-Stokes方程是风工程数值模拟的基本方程,借助计算机的能力可以对基本方程进行离散化处理,并获得方程的离散解,因此可以对大气中风流动情况进行较准确地模拟,不但解决一般的绕流风场问题,还能解决一些风洞试验和场地实测等传统方法不能解决的问题。
Fluent程序提供多种二维面单元和三维体单元,对较大梯度的流场的精确求解提供了强大的适应能力。
同时,网格可以根据计算精度需要和观测重点的不同,在局部区域加密网格,达到计算精度和计算时间的协调。
1.1程序的主要模块[1]①Gambit:前處理模块,来建立计算模型和网格划分;②Fluent:求解器,对整个模型进行流动数值模拟计算;③TGrid:根据现有的边界网格来生成体网格;④Filters:开放接口,用于从其他程序模型来生成Fluent数据格式。
1.2用Fluent软件进行模型计算的步骤首先根据需要确定流动区域的形状和大小,通过Gambit模块建立此计算区域并对各边界面进行网格划分,之后TGrid会对计算流域内自动进行二维或三维的网格生成,并生成Flunet的计算数据;进入Fluent模块对求解器的参数进行设置,包括选择求解方程、输入流体物理性质、设定边界类型和条件,然后确定初始条件和收敛标准后开始整体模型的收敛求解计算,最后根据需要选取计算结果进行后处理。
风洞试验《桥梁风⼯程》之——风洞试验技术主要内容简介第⼀章风洞试验的理论基础——相似性(概述、相似性基本要求、⽆量纲参数的来源、基本缩尺考虑)1.1 概述理论流体⼒学——物理实验——数值模拟(风⼯程研究的“三⼤⼿段”);桥梁、建筑结构在结构设计⽅⾯,只要求结构在风荷载作⽤下具有⾜够的强度、刚度和稳定性即可,即确保桥梁结构、建筑结构的安全性、舒适性和耐久性即可;(这区别于航空器的设计——⼒求其周围运动空⽓对其的阻⼒最⼩),主要关注绕尖⾓的流动和分离流动,因此,称为“钝体空⽓动⼒学”。
个别建筑、桥梁已开展了实际结构的实测。
Fig.1 Research methods of Wind Engineering of Bluff Body1932年,Flachsbart O.“建筑物⽓动特性的模拟应当在具有与⾃然风相似的风洞⽓流中进⾏”。
⼏何缩尺——经济性和⽅便性由于缩尺⼏何引出了物理相似的⼀系列问题,相似性准则是风洞试验的理论基础。
应该说明的是,由于模型的⼏何缩尺,导致部分物理现象不能准确反映,如雷诺数效应。
因此,在实际设计模型试验时,需要进⾏⼀系列权衡,确保主要问题能模拟即可。
(科学与艺术结合!)1.2 模型相似性在分析⼀切物理问题,特别是需要通过实验进⾏研究的问题时,通常需要确定⼀组⽆量纲的控制参数。
该组⽆量纲参数通常是根据描述所研究物理系统的偏微分⽅程得到的,⽤⼀个具有对应量纲的参考值遍除所有关键变量,使之⽆量纲化,于是得到⼤量的⽆量纲组合参数,它们就是控制系统的物理特性的因⼦。
如果这些控制参数组从⼀种情况(原型物)到另⼀种情况(模型)保持不变,则⾃然保证了相似性。
具体风洞试验相似性⽆量纲参数推导见下。
假设⼀个物体浸在流动的流体中,在物体上某处形成的作⽤⼒F 只是下列六个参数的函数:即密度ρ、流速V 、某个特征尺⼨D 、某个频率n 、流体粘性系数µ和重⼒加速度g 。
即ξεδγβαµρg n D V F d= (1)式中:ξεδγβα,,,,,为待定指数。
低层四坡屋面房屋风荷载的风洞试验与数值模拟基金项目:国家自然科学基金项目( 50578013);陕西省自然科学基础研究计划项目(2012JQ7014);西安市建设科技项目( SJW201201)0 引言四坡屋面房屋是民用建筑中广泛采用的房屋形式。
部分低层房屋,如目前开发应用的冷弯薄壁型钢结构房屋及其屋面材料向着轻质高强的方向发展,且房屋的体型及屋面形式复杂多变,其风荷载特性研究是建筑物抗风设计的重要方面。
历次的台风灾害调查表明,屋面破坏是低层四坡屋面房屋的主要破坏形式之一[1] 。
Endo等[2]对TTU标准低层建筑模型进行了风洞试验研究。
文献[3]〜[7]中的相关研究表明:屋面的局部峰值风压一般出现在迎风屋檐或屋脊附近,其峰值大小与屋面坡度有直接关系;在相应风向角下,屋脊处的峰值吸力随着屋面坡度的增加而增大;而迎风屋檐处的峰值吸力则随着屋面坡度的增加而减小。
Meacham[8]通过试验对比分析了双坡屋面和四坡屋面的风压分布情况,得出在屋面坡度为18.4°的情况下,四坡屋面房屋的抗风性能要优越于双坡屋面房屋。
Xu等[9]对四坡屋面低层房屋模型进行了风洞试验,并将试验结果与文献[7]中的双坡屋面试验结果进行对比分析。
中国学者大多采用数值方法对低层房屋的风荷载特性进行研究,相关风洞试验开展的相对较少。
顾明等[1012] 对低层双坡房屋模型进行了风洞试验研究和数值模拟,研究了各影响因素对屋面平均风压的影响。
陈水福等[1315] 采用数值方法对低层双坡屋面和四坡屋面的风荷载进行了数值分析。
绪红等[16] 采用数值方法较系统地研究了不同影响因素对双坡载规范》(GB50009—2012)[17] (以下简称荷载规范)中仅给出了考虑屋面坡度的双坡屋面体型系数,对于四坡屋面的体型系数及其他影响因素均未提及。
屋面房屋风压系数及体型系数的影响。
中国现行的《建筑结构荷本文中笔者首先对低层四坡屋面房屋进行风洞试验,进而采用FLUENT软件平台,选用基于Reyn olds时均的RNGk e湍流模型对其进行数值分析(k 为湍动能,e 为湍流耗散率),较系统地研究来流风向角、屋面坡度、挑檐长度、檐口高度和房屋长宽比对屋面风压系数以及建筑物各面体型系数的影响,进而提出房屋体型系数的建议取值。
1 风洞试验概况1.1试验模型及测点布置风洞试验模型为刚体模型,采用3mm厚的有机玻璃制作,几何缩尺比为1 : 50,在风洞中的阻塞率小于3%满足风洞试验要求,见图1。
模型具有足够的强度和刚度,保证了压力测量的精度。
风洞试验模型的原始尺寸为15 mx 12.8 m x 9.9 m,挑檐长度b=0.9 m 模型1和模型2的屋面坡度9分别为30°, 15°,0°〜90°每隔15°风向角为一个试验工况。
模型 1缩尺模型尺 寸及测点布置见图2。
对房屋各表面进行定义:风向角3 =0°时,迎风屋面为 T1 面,背风屋面为 T2 面,左侧风屋面为 T3 面,右 侧风屋面为T4面,迎风墙面为Y 面,背风墙面为B 面,左侧风 山墙面为C1面,右侧风山墙面为 C2面。
试验采用被动方法模拟风场。
荷载规范中规定大气边界层中的风速剖面以幂函数表示,即风洞试验中,参考点高度为 0.917 5 m ,对应于实际高度为45.875 m 试验直接测得的各点风压系数都是以该高度处的风压为参考风压,试验风速取为 13 m -s-l o1.2 试验结果1.2.1 风压系数等值线在风洞测压试验及数据处理中, 根据各测压点风压和参考点 处的总压和静压,按式( 2),(3)计算以试验参考点处的动压为参考风压的各测压点量纲一的风压系数和脉动风压系数: Cpir 为以试验参考点处的动压为参考风压的第 i 测 点处的风压系数; Cpirmsr 为以试验参考点处的动压为参考风压式中:U 为离地面高度Z 处的风速;Z0为参考高度;a 为 地面粗糙度指数;U0为参考高度处风速;Z 为测压点高度。
本文中仅对B 类地貌风场进行模拟,a =0.15。
大气边界层 几何相似比和模型相似比一致,均为1 : 50。
式中的第i 测点处的脉动风压系数;pi 为试验中第i 测点处的风压;pro , prX分别为试验参考点处的总压和静压;qr为参考点处的动压,qr=pr0- prx;p为脉动风压均方根。
为方便比较分析,取10 m高度处风压为参考风压,将风洞试验中直接测得的风压系数按式(4)换算成以B类地貌风场、10 m 高度处风压为参考风压的风压系数式中:Cpi 为以10 m 高度处风压为参考风压的第i 测点处的风压系数(平均风压系数Cpimean或脉动风压系数Cpirmsr);Zr 为试验参考点高度。
模型1,2 的风压系数等值线分别见图3,4。
1.2.2体型系数各测压点局部风荷载体型系数卩si由试验所测得的以10 m 高度处风压为参考风压的各测压点的平均风压系数,按式(5)计算而得式中:Pimean为测点i处10 min平均风荷载。
屋面体型系数U s为风压系数对所在面进行面积加权平均后的结果,计算公式为式中:Ai 为第i 点所属表面面积。
模型各面体型系数随风向角变化曲线见图5。
2 数值分析2.1控制方程当前应用最广的钝体绕流问题的控制方程是基于RANS勺NavierStokes 方程。
湍流时均流动的控制方程为 [18]2.2 几何建模及网格划分基准模型为模型1的原始尺寸模型,见图6,其中,L 为模160 mnX 90 mrnix 60 m,建3%的要求。
模型附近的内部区域采用四面体单元, 网格较密; 在远离模型的 外围空间,采用六面体单元离散,远离柱面的界面区域较稀疏。
各模型网格总数在 120万左右,基准模型网格划分见图 为各模型编号及相应参数, 对每个模型,风向角又分为 0°, 45°, 90°三种工况。
2.3 边界条件的设定进流面:速度进流边界条件,采用式( 1)模拟大气边界层风速剖面。
统一取10 m 高度作为参考高度;B 类地貌,a =0.15。
出流面:采用完全发展出流边界条件。
流域顶部和流域两侧:采 用对称边界条件。
建筑物表面和地面:采用无滑移的壁面条件。
采用3D 单精度,分离式求解器,选用不可压缩的常密度空 气模型, 对流项的离散采用精度较高的二阶迎风格式, 速度压力 耦合采用SIMPLEC 算法。
选用非平衡壁面函数来模拟壁面附近复 杂的流动现象,选用 RNGk £湍流模型。
对于B 类风场,湍流强型的长度,W 为模型的宽度,H 为模型的高度。
计算流域取为筑物置于流域沿流向前1/3 处。
流域设置满足阻塞率小于采用混合网格离散方式,将计算区域分为内外 2 个部分: 在7。
表 1度 I 取值为 [19],来流湍流特性通过在进流处以直接给定湍动能 k 和 湍流耗散率 e 的方式给定入流处湍流参数: k=1.5(UI ) 2,=0.090.75k1.5/l , l 为湍流尺度。
2.4 计算结果分析2.4.1 屋面坡度的影响以屋面坡度 30°的基准模型 A6 为基础,仅改变屋面坡度, 屋面坡度 9 分别取 0°, 15°, 25°, 30°, 35°, 45°, 60°。
不同屋面坡度下屋面平均风压系数等值线分布见图 8,屋面坡度 对房屋各面体型系数的影响见图 9。
房屋各面体型系数的试验结将模型的屋面平均风压系数等值线试验结果[图3 (a )和图 4( a )]与数值模拟结果(图8中的15°和30°坡度)进行对比 分析,结合图 5 可知:数值模拟结果与试验结果吻合较好,平均流模型能给出满足工程应用精度的数值结果。
0°风向角下,屋面风压系数沿中心线呈对称分布。
迎风墙面 Y 和迎风下挑檐面 Y1 不受屋面坡度的影响,各模型的体型系 数基本相等,Y 面为0.60〜0.64 , Y1面为0.63〜0.69。
迎风屋面屋檐( 15°,25°,30°,35°坡度时)及屋脊附近存在较大 的气流分离,形成较高负压。
迎风屋面 T1 的体型系数由 15°坡度时的 -1.23 变为 60°坡度时的 0.47。
当坡度小于 45°时, T1 计算中 果与数值模拟结果对比分析见图5。
风压系数分布规律完全相似,基于Reynolds 时均的 RNG ke 湍面体型系数为负值。
屋面坡度为 15°, 45°, 60°时, T1 面风 压系数呈阶梯状分布:由檐口处的最大值逐渐向屋脊方向减小。
坡度为 25°, 30°, 35°时,呈现环状分布:来流檐口气流分 均为负值,且屋面坡度对其影响较小,其值为 -0.59 〜0.65。
除 屋面坡度为15°之外,其余各屋面坡度下,T2面平均风压系数 分布非常均匀。
屋面坡度变化对侧风屋面 T3, T4 的体型系数影 响较小,其值为-0.71〜-0.80。
T3, T4面与T1面相交的屋脊处平均风压系数均较大, 而后向远离来流方向迅速减小。
B 和下挑檐面B1以及侧风山墙面C1, C2的体型系数均为负值,受屋面坡度变化的影响较小。
45°风向角下,侧风山墙面 C1变为迎风墙面,它与Y 面将来流分为2个部分。
迎风墙面(Y C1面)和迎风下挑檐面( Y1, D1 面)的体型系数均不受屋面坡度的影响。
与 0°风向 角相比, T1, T3 面均变为迎风屋面,两者体型系数基本相等, 较高的负平均风压系数总是出现在迎风方向的气流分离面附近, 其中, 15°坡度下, 迎风屋檐处达到 -1.18 ,屋脊背后达到 -1.42 , 这些区域将极易遭受破坏。
随着屋面坡度的增加, T1 面体型系 数逐渐由-0.93变为0.19 ,T3面体型系数逐渐由-0.91变为0.11。
对于背风屋面T2, T4,当屋面坡度小于35°时,其平均风压系于 35°时,其平均风压系数分布非常均匀。
90°风向角下, C1,离处和屋脊线附近较大, 中心区域较小。
背风屋面T2体型系数背风墙面 数由屋脊背后的最大值逐渐向远离来流方向减小;当屋面坡度大T3面变为迎风墙面和屋面,其中,C1面体型系数不受屋面坡度的影响,其值为0.58〜0.63。
当屋面坡度小于45°时,T3面体型系数为负值;当屋面坡度大于45°时,T3面体型系数变为正值,其值由15°坡度时的-0.88 变为60°坡度的0.42 。