低矮建筑物龙卷风荷载特性研究

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1、硕士学位论文低矮建筑物龙卷风荷载特性研究STUDYONTORNADOLOADCHARACTERISTICSOFLOW-RISEBUILDINGS李明杰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TU352.2学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文低矮建筑物龙卷风荷载特性研究硕士研究生：李明杰导师：徐枫助理教授申请学位：工学硕士学科：防灾减灾工程及防护工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU352.

2、2U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTORNADOLOADCHARACTERISTICSOFLOW-RISEBUILDINGSCandidate：LiMingjieSupervisor：AssistantProf.XuFengAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：DisasterPrevention&ReductionEngineer

3、ingAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要龙卷风具有生消迅速破坏力极强的特点，所到之处树木连根拔起、房屋受损严重，并且经常卷积碎片，威力十分惊人。人类通过雷达实测、理论研究、实验模拟、数值模拟等方法对龙卷风有了更深刻的认识。但是由于龙卷风流场结构复杂，卷积飞射物后对建筑破坏力更

4、加惊人，很难短期内完全模拟风场对建筑的破坏。基于计算流体动力学（CFD）数值模拟方法研究龙卷风风场特性。建立风场生成模型并选择合理参数设置，将Spencer龙卷风雷达实测数据作为风场的入口边界条件，通过在动量、湍动能和耗散率方程中添加源项来考虑风场低空处的惯性阻尼，根据惯性阻尼与植被粗糙源对应关系，分析不同疏密程度和叶面密度的植被对龙卷风风场特性的影响，力求通过模拟得到与实测龙卷风一致的风场结构。通过分析风场结构，把封闭平屋面低矮建筑放在风场破坏力较强的位置并且考虑风向角的影响，得到建筑物表面风压系

5、数分布、3D涡量图、速度矢量图及建筑周围流场迹线图，分析封闭平屋面建筑在风场中的受力特点。将8m×4m、4m×4m开洞形式的建筑放在受龙卷风影响较大位置，分析洞口的存在对建筑内外墙风压系数分布、涡量图及速度矢量图的影响，来确定洞口对建筑抗龙卷风的作用。考虑屋面坡度对建筑抗龙卷风的影响，将15°和30°坡屋面建筑放在核心半径处，变化不同转角，分析其表面风压系数分布特征。采用滑移网格和动网格技术，通过建筑物的移动来实现龙卷风的等效移动，捕捉龙卷风对建筑模型的动态效果。研究建筑物表面风压荷载和建筑物周围三

6、维涡量图，将等效移动龙卷风与静止龙卷风引起的建筑表面风压系数进行对比，更好地揭示建筑物在等效移动龙卷风中受力状态和破坏机理。关键词：龙卷风；植被；CFD数值模拟；低矮建筑；风压-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThecharacteristicsoftornadoareformanddieoutatatremendousspeedanddevastating.Atornadocanteartreesuprooted,damagehousingseriously,andoftenco

7、nvolutesfragments,whichpowerisamazing.Humanhasamoreprofoundunderstandingbyradarmeasurement,theoreticalresearch,experimentalsimulationandnumericalsimulationmethodoftornado.Butduetothecomplexityoftheflowstructureinatornadoandconvolutionflyshootonbuilding

8、destructiveevenmoreamazing.Itisdifficulttocompletesimulationwinddamagetothebuilding.intheshortterm.Studyofthecharacteristicsoftornado’swindfieldbasedoncomputationalfluiddynamics(CFD)numericalsimulation.Establishthewindfieldmodelandselec