风致建筑物表面摩擦力数值模拟研究

【摘要】由于流体粘性的影响,当风平行流过建筑物表面时,会在建筑物表面产生摩擦力。对于大跨屋面,平行于风向的表面积越大,摩擦力也相应增大,在一定的情况下需要考虑其作用。在欧盟规范中,有关于风致建筑物表面摩擦力的描述,但是在表面摩擦力系数的规定中,只是给出了三类不同表面粗糙度对应的值,没有更多的介绍。在我国风荷载规范中,只有风压的相关规定,目前还没有涵盖风致建筑物表面摩擦力这一内容。因此,在结构设计中忽略了表面摩擦力的影响,在某些极端的条件下可能产生不利后果。由于大跨屋面结构常常处于湍流强度高的低矮大气边界层中,近年来国内外大跨屋面遭受风灾破坏的情况时有发生。对大跨屋面中屋顶表面摩擦力系数的进行系统深入的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文对大跨屋面的表面摩擦力系数进行数值模拟,了解表面摩擦力系数的分布情况,为结构抗风设计提供参考。为了能够合理的模拟屋面的摩擦力系数分布情况,首先对边界层理论以及表面摩擦力系数的模拟方法作了概况。以Murakami(1990)风洞试验作为参考,使用two-layermodel湍流模型和标准k-ε模型对立方体建筑物周围的流体运动进行模拟并考察数值风洞方法中计算域、网格划分、边界条件等其他参数。然后探讨两个湍流模型对于数值模拟方法的适用性,尤其是对近壁区的流动模拟的准确性。本文结合ANSYS-FLUENT13.0软件,使用two-layermodel对大跨屋面表面的摩擦力系数进行数值模拟。并且结合特定的屋面形状,对屋面的摩擦力系数进行研究和探讨。针对简单的平屋盖,结合屋面板的细部尺寸,分别考虑不同的肋间距S、不同的风向角以及不同的地面粗糙度类别,对屋顶表面的摩擦力系数分布的影响。总结了其摩擦力系数分布规律,可供工程设计参考。
【作者】游志伟；
【导师】汪新；
【作者基本信息】广东工业大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】大跨屋盖；数值模拟；two-layermodel；摩擦力；摩擦力系数；肋间距；风向角；

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