唐代古建筑风荷载体型系数的数值风洞模拟计算

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唐代古建筑的主要特点是大屋檐,出檐深远,故其体型相对比较复杂。结构抗风设计的关键所在是确定建筑物的屋面风压系数和风荷载体型系数,然而国家现行结构规范并没有规定相关类似唐代古建筑的体型系数。所以唐代古建筑的风荷载体型系数的确定能够为唐代古建筑的修复、仿唐古建筑设计提供参考依据。风荷载体型系数可以通过进行风洞试验获得,但传统的风洞试验研究存在着费力、费时、花费较大,风洞风场较难模拟实际的风剖面,且对模型的缩尺使得雷诺数难以实现相近。随着计算机软件与硬件的飞速进步、计算技术的迅速提高及湍流模型的不断发展和完善,用计算机来模拟风洞试验日趋成熟,且逐渐成为结构风工程研究的最有力手段。本文正是利用这一数值风洞模拟方法对仿唐古建筑周围风场进行研究,从而得到建筑物的风荷载体型系数。主要有以下这几方面的工作:(1)基于CFD数值模拟软件Fluent6.3对坡角分别为45°和30°的封闭式双坡屋面房屋进行数值模拟,探讨数值模拟时计算域的尺寸、网格划分的大小、数量与形式、三维湍流模型的选取、边界条件、离散格式以及收敛判断标准等,求出建筑物表面的风压分布及平均风压系数分布,将建筑物的体型系数与《建筑结构荷载载规范》(GB50009-2012)进行比较,论证数值风洞模拟方法的可行性与准确性。(2)对不同风速及风向角下,两种工况的复杂体型仿唐古建筑定鼎门房屋周围风环境进行数值模拟,并描述建筑物周围风场流动过程的复杂性及建筑物表面的平均风压系数随着风向角的变化而变化的趋势,并阐述风绕建筑物流动过程中与风压的关系。指出在不同风向角时结构抗风设计最薄弱的部位。(3)得到能够直接应用于工程设计的风荷载体型系数图表,为类似仿唐古建筑的结构抗风设计提供参考。
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