考虑建筑间干扰效应的风吹雪数值模拟

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积雪不均匀分布导致建筑屋盖倒塌事件经常发生,特别是对于轻型钢屋盖结构,我国建筑结构荷载规范给出的屋面积雪分布系数形式简单,各国规范之间差异较大,如拱形屋盖积雪分布系数,都是参考当地的结构设计经验和有限的实测数据给出的,缺少系统研究及与试验结果、数值模拟结果的验证与分析,目前我国对于风致积雪漂移的研究资料很少。准确预测屋盖表面的积雪分布对预防雪致屋盖倒塌有重要意义。本文基于Euler-Euler方法,假设空气相和雪相均为连续相,应用计算流体力学软件Fluent 17.0,运用UDF二次开发技术建立风吹雪的三维数值模型,对典型建筑屋盖表面积雪分布进行模拟,主要内容如下:建立了风吹雪数值模型。对文献中的二维平屋盖和三维单层柱面网壳表面积雪分布进行模拟,并与相应的风洞试验和数值模拟结果进行对比,验证了模型的可靠性。以单跨双坡屋盖为研究对象,比较瞬态与稳态求解结果和分析分阶段改变积雪边界轮廓对屋盖积雪分布的影响,确定合理的风吹雪模拟方法。分析了单坡屋盖、双坡屋盖、拱形屋盖和鞍形屋盖等典型建筑屋盖表面积雪分布形式。研究了风速、屋面坡角(矢跨比)、屋面长度与跨度、风向角对屋盖表面积雪分布的影响,给出了不同屋盖形式下屋盖表面积雪分布系数,并与雪荷载规范进行对比。分析了建筑间干扰效应对屋盖表面积雪分布的影响。以双坡屋盖和拱形屋盖为研究对象,分析了等高串列布置时与非等高串列布置时,不同间距下建筑间干扰效应对屋盖积雪分布的影响,并求解屋盖中心截面的积雪分布系数与规范进行对比,为结构设计提供参考。
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