等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場對建筑物的作用研究.pdf

1、龍卷風(fēng)是一種伴隨高速旋轉(zhuǎn)的具有漏斗狀云柱的強(qiáng)風(fēng)渦旋，具有遠(yuǎn)超常規(guī)風(fēng)的強(qiáng)大破壞力。自然界中的龍卷風(fēng)都具有平移速度，平移速度對龍卷風(fēng)場及其對建筑物的作用有明顯的影響，對建筑結(jié)構(gòu)在考慮平移速度的龍卷風(fēng)中所受到的作用進(jìn)行詳細(xì)研究具有很現(xiàn)實(shí)的意義。由于其發(fā)生概率較其他風(fēng)災(zāi)要低，目前我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中尚未包含抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。但是，在重大工程設(shè)計(jì)（如核電站）時(shí)，則必須明確考慮龍卷風(fēng)侵襲的影響。本文主要采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，綜合滑移網(wǎng)

2、格和動(dòng)網(wǎng)格的各自優(yōu)勢，利用動(dòng)網(wǎng)格法和滑移交界面分割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)考慮平移速度的龍卷風(fēng)場數(shù)值模擬，并借助此模型對典型雙坡屋面的風(fēng)荷載進(jìn)行了數(shù)值研究，研究成果可以為龍卷風(fēng)的風(fēng)場特性及其對建筑物作用的后續(xù)研究提供一定的參考，也可為重大工程結(jié)構(gòu)的抗龍卷風(fēng)設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)，參考國內(nèi)規(guī)范對龍卷風(fēng)的規(guī)定，利用商業(yè)應(yīng)用軟件FLUENT6.3建立了龍卷風(fēng)數(shù)值模擬裝置，并遵照運(yùn)動(dòng)相對性原理，保持龍卷風(fēng)場數(shù)值模擬器

3、靜止，令建筑物以特定速度平移，以此來研究考慮平移速度的龍卷風(fēng)場模型對建筑物的作用，并將此種風(fēng)場稱之為等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場，進(jìn)而對等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場數(shù)值模擬的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。為驗(yàn)證等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場研究方法的可行性，針對龍卷風(fēng)場的圓形風(fēng)場區(qū)域的特點(diǎn)，將動(dòng)網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格技術(shù)有機(jī)結(jié)合，成功去除滑移墻，以計(jì)算流體區(qū)域代替建筑物所在區(qū)域，對改進(jìn)后的龍卷風(fēng)場進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，再根據(jù)現(xiàn)有參考資料和數(shù)值模擬結(jié)果，從典型特征參數(shù)、最大氣壓降以及渦旋輪廓曲線等幾

4、個(gè)方面，對文中的等效移動(dòng)龍卷場數(shù)值模擬的正確性驗(yàn)證進(jìn)行了較為詳盡的驗(yàn)證。
　　基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)，對典型雙坡屋面(00，150，300和600)的風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，探討了在等效移動(dòng)龍卷風(fēng)作用下不同坡角的雙坡屋面模型的風(fēng)壓分布特征;與不考慮平移速度的龍卷風(fēng)場模型相比，在等效移動(dòng)龍卷風(fēng)中雙坡屋面風(fēng)荷載的變化和差異;此外，分析了雙坡屋面模型在等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場中的不同位置處表面風(fēng)壓的變化，提出了在龍卷風(fēng)場中存在風(fēng)壓激增區(qū)的概念，通過對比

5、發(fā)現(xiàn)，風(fēng)壓激增區(qū)現(xiàn)象在等效移動(dòng)龍卷風(fēng)場中更加明顯。
　　針對目前建筑形式日新月異的現(xiàn)狀，為進(jìn)一步研究龍卷風(fēng)對不同形式的建筑物的作用機(jī)理，研究了洞口設(shè)置對高層建筑龍卷風(fēng)荷載的影響。首先，不考慮龍卷風(fēng)的平移速度的影響，針對三種典型風(fēng)向角(300，450和600)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，根據(jù)模擬結(jié)果分別研究了不同風(fēng)向角下在風(fēng)場不同位置處、以及洞口設(shè)置位置對建筑物龍卷風(fēng)荷載的影響，并將開洞模型與全封閉模型的龍卷風(fēng)荷載行進(jìn)了對比分析;最后，針對