低層建筑風(fēng)荷載分析

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單坡屋面低層房屋表面風(fēng)壓分析

1.建筑規(guī)范中單坡屋面房屋體型系數(shù)取值的相關(guān)規(guī)定

我國對建筑規(guī)范中的單坡屋面風(fēng)壓體型系數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的界定，但是考慮面太窄，忽略了風(fēng)向角、高寬比、屋面坡角、低層房屋局部體型系數(shù)等數(shù)據(jù)，只涉及二維狀態(tài)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。體型系數(shù)s的取值規(guī)定如下：房屋低側(cè)墻面在順風(fēng)的情況下，各體型系數(shù)如下：迎風(fēng)墻面：+0.8背風(fēng)墻面：-0.5規(guī)范中已經(jīng)把單坡屋面房屋體型系數(shù)的算法編入軟件了，接著再編程計(jì)算房屋低側(cè)墻面在順風(fēng)向情況下的屋面體型系數(shù)的插值，那么，體形系數(shù)就可以根據(jù)坡角數(shù)據(jù)計(jì)算得出了。然而，這種取值方法是存在漏洞的，只適應(yīng)于那些對風(fēng)荷載計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求不高或形狀簡單的單坡屋面房屋，若要進(jìn)一步取得準(zhǔn)確風(fēng)荷載數(shù)據(jù)只能借助國外的了。

2.數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

這里我們不同高寬比、不同坡角的低層單坡屋面房屋進(jìn)行研究。通常低層單坡屋面房屋的房屋平面尺寸是7.5×10m，檐口處高度是3.2m、6.4m、9.6m、12.8m幾類。在進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算區(qū)域是三維長方體的，數(shù)據(jù)模式是150×75×60m，，但是在順風(fēng)向時(shí)是房屋特征長度的15倍，橫風(fēng)向時(shí)是房屋特征長度的10倍，高度方向的尺寸是房屋特征長度的5倍。因?yàn)榈蛯臃课菔茄芯康闹饕獌?nèi)容，所以，一般高度最高只有20m，不受表面風(fēng)壓受大氣邊界層風(fēng)速變化的干擾，所以來流風(fēng)大多數(shù)是均勻流。計(jì)算區(qū)域的離散情況進(jìn)行分析一般是拓?fù)湫粤己玫姆墙Y(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格的分布成不均勻狀態(tài)，沿著建筑物的位置越來越離散。非平衡的壁面函數(shù)法是近壁面的流動分析的主要方法。即使情況不同網(wǎng)格總數(shù)也一般都維持在20萬左右。

雙坡屋面低層房屋風(fēng)壓分布分析

1.國內(nèi)外規(guī)范中雙坡屋面房屋體型系數(shù)取值的相關(guān)規(guī)定

我國對建筑規(guī)范中的雙坡屋面風(fēng)壓體型系數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的界定，但是考慮面太窄，忽略了風(fēng)向角、高寬比、屋面坡角、低層房屋局部體型系數(shù)等數(shù)據(jù)，只涉及二維狀態(tài)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。通常，體型系數(shù)μs的取值是這樣的：迎風(fēng)墻面：+0.8背風(fēng)墻面：-0.5背風(fēng)屋面：-0.5兩側(cè)墻面：-0.7

2.數(shù)據(jù)庫軟件應(yīng)用

表1和表2對低層雙坡房屋的屋面風(fēng)載體型系數(shù)，即加權(quán)平均風(fēng)壓系數(shù)的實(shí)用計(jì)算公式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。設(shè)計(jì)抗風(fēng)過程中，若采用表中的數(shù)據(jù)或者和表中的數(shù)據(jù)相近的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，迎風(fēng)和背風(fēng)屋面的風(fēng)載體型系數(shù)通過查表就能得到了；若坡角和高寬比的數(shù)值在坡角度數(shù)范圍之間，那么，下計(jì)算時(shí)就要按照這兩欄求得的體型系數(shù)進(jìn)行線性插值得出來。表1、表2明確表示，如果高寬比較小，屋面風(fēng)載體型系數(shù)變化不易察覺。本著計(jì)算方面的目的，表3對在高寬比小于0.35時(shí)屋面風(fēng)載體型系數(shù)的情況進(jìn)行了描述。如果在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中高寬比較小那么也可以直接通過表進(jìn)行計(jì)算。(為高寬比)導(dǎo)入軟件后，得：(1)從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，低層雙坡屋面房屋的屋面風(fēng)壓數(shù)值模擬數(shù)據(jù)結(jié)果和足尺模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。從工程應(yīng)用方面分析研究，利用數(shù)值模擬形式來估計(jì)檢測坡屋面房屋的表面風(fēng)壓分布是能夠達(dá)到目的的；這種方面不僅高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，還能夠?qū)?shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。(2)負(fù)壓或是吸力是那些小于30°坡角的雙坡屋面房屋的屋面風(fēng)壓。如果房屋高度比一樣，那么屋面坡角的增大，就會造成迎風(fēng)屋面風(fēng)壓絕對值變小，背風(fēng)屋面的風(fēng)壓絕對值那么，考慮到屋面抗風(fēng)設(shè)計(jì)問題，一般15°～25°的屋面坡角是最合適的。(3)雙坡屋面房屋的屋面風(fēng)和高度比成正比例變化。只不過迎風(fēng)屋面的變化更顯著。如果高寬比在0～0.35范圍內(nèi)，背風(fēng)屋面的風(fēng)載體型系數(shù)也會維持在-0.4～0.6之間。

結(jié)語

本文在針對2中有突出物房屋風(fēng)荷載簡化計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，對其突出物房屋的表面風(fēng)荷載進(jìn)行了數(shù)值模擬和參數(shù)分析，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的分析顯然具有一定的實(shí)用價(jià)值。（本文作者：勞海祥、徐建效 單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院、紹興濱海新城管委會）