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L型低矮房屋数值模拟研究 　　【摘要】首先基于ANSYS FLUENT RNG K-?湍流模型，对不同坡角、不同风向角下的L型双坡房屋的屋面体型系数进行分析。结果表明：坡角对L型房屋迎风屋面有很大的影响，对背风屋面影响很小，对侧风屋面在坡角大于45?时有一定影响。 　　【关键词】L型房屋；数值模拟；体型系数 　　前言 　　近年来，L型平面的房屋广为流行[1]。然而，在我国《建筑结构荷载规范》[2]只对它们墙体的体型系数作了规定，对屋面体型系数的取值无法查阅。这就使L型房屋的设计存在一定弊端。L型房屋屋面的抗风能力还有待研究，对于L型房屋来说，对其进行深入研究很有必要。本文的研究对象是L型双坡屋面的低矮房屋。分析L型房屋在不同坡角，不同风向角下的屋面体型系数对L型房屋的抗风能力进行初步分析。 　　1.数值风洞模拟方法 　　1.1 RNG k-?模型 　　在FLUENT软件中，提供了多种用于计算的湍流模型。其中RNG k-?湍流模型，具有良好的模拟精度。所以，此次试验采用该模型进行模拟。 　　1.2 计算域及网格的划分 　　选取L形平面双坡房屋，坡角取为15?、25?、30?、35?、45?、60?。共有6个模型。L形平面的尺寸如图1所示，高度为9.8m。L形平面计算流域取为240×160×60m。建筑物置于流域沿流向前1/3处，流域设置满足阻塞率3%的要求。此次计算采用混合网格离散方法。 　　1.3 计算参数设置 　　入口来流条件：对于入口进流处速度的选取，采用我国《建筑结构荷载规范》给出的指数率风速分布计算公式为： 。Z0，U0分别是参考点的高度和风速，参考高度取为10m，模拟B类地貌的风场，因此α的取值为0.15，风速剖面可以通过UDF应用编程然后于FLUENT作接口实现。出口条件采用完全发展边界条件。流场的任意边界物理量沿出口方向的法方向梯度为0。流域顶部及两侧采用自由滑动壁面。结构表面和地面采用无滑移的壁面条件。 　　2.体型系数的对比与分析 　　2.1测点风压系数 　　计算模型的风压系数CP，根据《建筑结构荷载规范》取10m高度处作为参考高度，来流动压作为无量纲化的参考风压。定义为： 。其中，P为测点平均压力，P0参考点处静压。ρ为空气密度，取1.225kg/m3。U0为参考点处风速，取12.8m/s。 　　2.2面体型系数 　　对建筑体型每个面上测点的风压系数进行加权平均，就可得到面体型系数。计算式为： 　　其中：CPi为第i测点风压系数；Ai为该点所属表面面积，A为表面总面积， 　　Zi为第i测点高度，当Zi10时，取Zi=10。 　　2.3不同坡角下体型系数对比 　　不同风向角，不同坡角下的体型系数如图1所示，在0?风向角下，随着坡角的不断增大，在迎风面的L1和L2屋面上，体型系数的绝对值随着坡角的增大不断减小，在45?时体型系数减小为0。随着坡角的继续增大，出现正的体型系数值，并随之增大。在背风屋面的L3和L4上，随着坡角的增加，体型系数变化不明显。当风向角转变为45?时，L1和L2从15?坡角变为25?时，承受负压，体型系数绝对值增加，然后随着坡角的增加，体型系数绝对值逐渐减小。45?坡角时L2接近于0，然后再继续增加坡角时，体型系数值从0逐渐增加。L3和L4随着坡角的增大，体型系数变化不明显。风向角为90?时，L1随坡角变化不大，一直在-0.9左右。L2在15?-35?范围内变化不大，在-0.2左右，但是随着坡角继续增大，负压增加的很快，在60?坡角下，体型系数值达到-0.79。L3随着坡角的变化，体型系数绝对值逐渐减小，然后随着坡角的增大，屋面承受正压，在60?时，体型系数达到正的0.21。L4的体型系数在-0.45到-0.63范围内变化。当风向角变为135?时，L1的体型系数随坡角的变化，在-0.46到-0.53范围内变化。L2在-0.41到-0.58范围内。L4除了在45?坡角下达到-0.72以外，其他坡角下体型系数都在-0.5到-0.62之间。L3随着坡角的增大，体型系数逐渐减小，然后出现正的体型系数。在180?风向角下，L1和L2随坡角的变化很小。L3和L4都在25?坡角时出现一个拐点。其他坡角下，随着坡角增加，体型系数从负数逐渐接近于0，在45?坡角时体型系数变为正数，并逐渐随坡角增加而增大。总体而言，坡角对迎风屋面的影响是显著的。 　　5.结论 　　L型房屋中，坡角对迎风屋面有较大影响，坡角的增加，体型系数会从负值减小到0，然后变为正值，并逐渐增加。对背风屋面影响相对较小，对侧风屋面在小于或等于45?坡角时影响很小，大于45?坡角时有一定影响。 　　参考文献： 　　[1]陶玲，黄鹏，顾明，等.L形平面低矮房屋屋面的风荷载特性[J].同济大