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墙面开洞对轻钢别墅屋面内外风荷载的影响分析
编辑:山东双天金属制品有限公司   时间:2021-05-17

  据悉,轻钢别墅房屋在正常情况下(门窗洞口关闭时)其外表面孔隙率约为ε=2×10-4~1×10-3(ε定义为房屋的有效通风面积与表面积之比),在此情况下,其内部压力一般较小,且不受外部气流的影响,约为25~100Pa,然而当房屋门窗敞开或局部墙面遭致破坏时,房屋内部风压会有明显的增强。当房屋外表面负风压与房屋内部正风压共同作用时,对某些结构构件,格外是屋面覆盖单元及其连接构件而言受力相当不利,风灾调查也显示许多房屋在遭遇强风破坏时,不单单是外部风荷载过大所致。当房屋外表面开有洞口时,其外墙面及屋面上的风载是由内外风压的代数和决定的,如果建筑物迎风面(或背风面)上开孔,而其它面均密封,风的流动将形成正的(或负的)内部压力。此时,房屋内部压力分布及大小不但与迎风或背风面上的开洞大小及位置有关,还与其外部来流特征及外部压力分布有关。从工程设计角度而言,提供房屋开洞时作用在建筑表面包覆材料上合理、安全的净风压值是相当重要的。

  为此,各国风工程研究者们做了大量的试验研究工作,取得了很多有意义的成果。如有学者对轻钢别墅房屋在不同开孔条件下的内压变化进行较为详细的多参数比较风洞试验,说明了当房屋单面开洞和双面开洞以及孔口的大小及位置变化和风向角的变化对平均内压和峰值内压的影响;有学者通过对WERFL轻钢房屋的足尺试验测量得到了不同测点的内压和外压,研究了作用在名义上封闭和有单一开孔的建筑物上各测点上的净压,并与规范AS1170.2作了比较;有学者对轻钢建筑在迎风面具有两个大开孔时屋面不同位置净风压进行了深入的研究,按照1∶50的几何缩尺比对TTU建筑进行了边界层风洞试验,得到了不同风向角下屋面内外平均压力系数。但是这些试验基本都是针对轻钢平屋面房屋墙面开洞的情况,很少涉及工业与民用建筑中广泛采用的轻钢双坡屋面房屋。

  有学者利用FLUENT软件在具有2G内存和2.4G时钟频率的服务器微机上对文献中的迎风面开洞(开洞率2%)WERFL足尺试验房屋的内外平均风压进行了数值模拟,将模拟结果与足尺场地测试结果作了比较,验证了数值模拟的正确性和有用性。在此基础上,对轻钢别墅双坡屋面房屋在不同开洞位置、不同开洞率、不同屋面坡度以及不同檐口高度情况下,屋面内外风压的变化规律进行了较系统的参数分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现的k-ε湍流模型。可实现的k-ε模型相对于标准k-ε模型的改进之处主要是∶系数C,末再简单取为常数,而是与平均速度梯度有关,这样能越好地反映湍流的非各向同性性质。

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