雙坡屋面低矮房屋風致內(nèi)壓的數(shù)值模擬

肖明葵，趙民，王濤

（1.重慶大學 土木工程學院，重慶 400045；2.重慶大學 山地城鎮(zhèn)建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045）

雙坡屋面低矮房屋風致內(nèi)壓的數(shù)值模擬

肖明葵1，2，趙民1，王濤1

（1.重慶大學 土木工程學院，重慶 400045；2.重慶大學 山地城鎮(zhèn)建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045）

針對圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)洞口后風致內(nèi)壓與外壓聯(lián)合作用這一造成建筑物嚴重破壞的主要原因，應用計算流體力學軟件ANSYS Fluent 12.0，選用基于Reynolds時均的標準k－ε湍流模型，對低矮房屋單一主洞口及多洞口模型進行不同工況的數(shù)值模擬分析.結(jié)果表明：單一洞口工況下開孔率對風致內(nèi)壓影響很小，而開洞位置對各表面風致內(nèi)壓分布的影響顯著；多洞口工況0°風向角時，平均內(nèi)風壓系數(shù)隨著洞口面積比的增大而增大，但增大趨勢逐漸變緩；縱墻和屋面同時開洞且開洞面積比一定時，結(jié)構(gòu)平均內(nèi)風壓系數(shù)隨風向角變化顯著，且內(nèi)壓分布的不均勻性顯著增強.

計算流體力學；雙坡屋面；風致內(nèi)壓；數(shù)值模擬；湍流模型

國內(nèi)外風災調(diào)查數(shù)據(jù)表明，全球每年由于風災造成的損失在100億美元以上，其中由于低矮房屋損毀造成的損失占50%以上［1］；在國內(nèi)，由于風致內(nèi)壓和外風壓的聯(lián)合作用，破壞最多的是圍護結(jié)構(gòu)及屋面體系［2－3］.Liu，Vickery，Stathopoulos，Holmes等［4－7］早在19世紀70年代就研究了圍護結(jié)構(gòu)突然出現(xiàn)洞口時，屋蓋結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力響應和Helmholtz共振的影響.Woods等［8］通過風洞試驗研究孔隙率和主洞口對非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)階段風致內(nèi)壓的影響，考慮了單一主洞口以及迎風面和背風面各開一個主洞口的情況，但是沒有考慮風向角的影響.Beste等［9］研究了低矮建筑風致內(nèi)壓與平均外風壓的相關性.Sharma等［10－11］對單一主洞口情況下圍護結(jié)構(gòu)柔度對風致內(nèi)壓和凈風壓的影響進行了研究，顯示圍護結(jié)構(gòu)的柔度能降低Helmholtz共振頻率并增大阻尼；此外，通過風洞試驗對一縮尺模型進行了斜風作用下建筑存在單一主洞口時的Helmholtz共振現(xiàn)象的研究.在國內(nèi)，樓文娟、盧旦、余世策等［12－14］對結(jié)構(gòu)突然開洞后大跨屋蓋的風致振動響應及內(nèi)風壓進行了研究.以上研究主要集中在開洞瞬間圍護結(jié)構(gòu)的動力響應和可能發(fā)生Helmholtz共振的情況，而流動達到穩(wěn)態(tài)階段后內(nèi)風壓規(guī)律則沒有得到足夠的重視，相應的研究較少.宋芳芳等［15］對穩(wěn)態(tài)階段洞口分布位置和數(shù)量變化，以及風向角等因素對內(nèi)風壓分布規(guī)律的影響進行了研究，但文中沒有提及開孔率對內(nèi)壓分布的影響，并且在考慮多洞口工況時，其洞口分布較單一.因此，本文針對開孔率及單一洞口和多洞口工況對風致內(nèi)壓的影響進行數(shù)值模擬研究.

1 單一主洞口模型的數(shù)值模擬

目前研究結(jié)構(gòu)風荷載方法主要有理論方法、現(xiàn)場實測和風洞試驗3種.由于大氣邊界層中鈍體繞流是非常復雜的，對于結(jié)構(gòu)的風荷載，很難從流體力學理論上直接進行分析.風洞試驗是目前公認較為準確的確定結(jié)構(gòu)風荷載的方法.低矮房屋的全尺寸場地試驗開展得較多，頗具影響的是美國德州理工大學風工程研究現(xiàn)場試驗室（WERFL）的TTU建筑模型場地試驗［16－18］.風洞試驗和現(xiàn)場實測都存在著試驗經(jīng)費大、周期長的問題.隨著計算機軟硬件水平的飛速發(fā)展和計算流體動力學技術的不斷完善，出現(xiàn)了與試驗相對應的數(shù)值模擬方法，并已逐步成為繼風洞試驗后預測建筑物表面風壓、周圍風速和湍流特性的有效方法 .只要參數(shù)取得合理，數(shù)值模擬分析結(jié)果與理論計算值和文獻［17－18］試驗的實測結(jié)果可以較好地吻合.

1.1 幾何建模及網(wǎng)格劃分

基本廠房模型：特征尺寸（長（L）×寬（W）×高（H））為60m×21m×7.8m；單跨、雙坡屋面；屋面坡度為5°；檐口高度為7.8m.計算流域分為外域和內(nèi)域，其外域尺寸為260m×200m×60m，內(nèi)域尺寸為50m×100m×30m［19］，內(nèi)域網(wǎng)格加密處理.建筑物置于流域沿流向前1／3處，流域設置滿足阻塞率小于3%的要求.

首先模擬0°風向角時的5種單一主洞口的工況.當一個洞口的面積大于背景孔隙泄露面積的2倍時，就可以把它定義為主洞口，主洞口處的外風壓性質(zhì)對于內(nèi)風壓的大小起著決定性的作用.5種洞口分別設置在強風中容易發(fā)生破壞的位置，其洞口的尺寸和位置如圖1和表1所示.表1中：a為開洞率；洞口尺寸為寬（W）×高（H）.

圖1 雙坡屋面廠房模型洞口位置及風向角示意圖Fig.1 Model size and wind attack angle of plant house with gable roof

表1 雙坡屋面廠房各模型信息Tab.1 Model′s information of plant house with gable roof

1.2 邊界條件及參數(shù)的設定

速度進流邊界條件采用指數(shù)率模擬大氣邊界層風速剖面［20］，即有

式（1）中：Z0為參考高度；U0為參考高度處風速，文中參考高度統(tǒng)一取10m［21］，U0＝12.8m·s－1；Z，U分別為流域中任意一點高度和其對應的平均風速；α為地面粗糙度指數(shù)，由于廠房多位于城市郊區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，故取B類地貌，α＝0.16.

出流面上采用完全發(fā)展出流邊界條件，即流域頂部和兩側(cè)采用對稱邊界條件，等價于自由滑移的壁面；建筑物表面和地面采用無滑移的壁面條件.在風場模擬中，我國現(xiàn)行規(guī)范還沒有明確的湍流度要求，文中對B類風場的湍流強度參考日本規(guī)范建議的湍流強度I取值［3，19，22］，即

在B類風場下，式（2）中各符號取值如下：I0＝0.23；γ＝0.2；Zb＝5m；梯度風高度Zg＝350m.計算中，在進流處以直接給定湍動能k和湍流耗散率ε的方式給定入流處湍流參數(shù)，有

式（3）中：Cu＝0.09；湍流積分尺度l＝0.07L，L為建筑物的特征尺寸.

大氣邊界層風速剖面u、湍動能k和湍流耗率ε采用Fluent提供的UDF（user defined functions）編程與Fluent作接口實現(xiàn).計算采用3D單精度，分離式求解器，空氣模型選用不可壓縮的常密度空氣模型，對流項的離散采用精度較高的二階迎風格式，速度壓力耦合采用SIMPLEC算法，選用非平衡壁面函數(shù)模擬壁面附近復雜的流動現(xiàn)象.計算迭代收斂的標準為所有變量的量綱殘差降至10－4以下.

1.3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

風壓系數(shù)CP以10m高度處的流動壓作為無量綱化的參考風壓來計算，即有

式（4）中：ˉP為平均風壓；P0為參考風壓；ρ為空氣密度；ˉUh為參考高度處的平均風速.

1.3.1 開孔率的影響 以模型1為基準，僅改變縱墻開孔率，分別對開孔率為0.02，0.10，0.25，0.50和1.00等5種工況進行模擬.分析結(jié)果表明：縱墻開洞大小對模型各面平均內(nèi)風壓系數(shù)影響較小；內(nèi)風壓系數(shù)在0.70～0.75之間波動，且在各個面分布均勻；外風壓系數(shù)幾乎不隨開洞面積大小的變化而變化.說明在單面開洞情況下，開洞的大小對模型周圍流場的影響較小，對建筑內(nèi)外表面的平均風壓的影響是可以忽略的.

1.3.2 不同開洞位置的模擬 由于開孔率對建筑內(nèi)外表面的平均風壓的影響很小，因此對表1中開洞位置不同的各模型進行數(shù)值模擬，并將結(jié)果與封閉模型數(shù)值模擬結(jié)果做對比分析，如表2所示.表2中：凈風壓系數(shù)等于外風壓系數(shù)與內(nèi)風壓系數(shù)之差.

表2 0°風向角時模型各面風壓系數(shù)模擬結(jié)果Tab.2 Simulation results of pressure coefficients of models at wind attack angle 0°

從表2可以看出：模型各面的風致內(nèi)壓分布都很均勻，平均風壓系數(shù)相差很小，所以可以用一個平均內(nèi)風壓系數(shù)來表示整個結(jié)構(gòu)的風致內(nèi)壓.0°風向角時，5種開洞位置中不利情況出現(xiàn)在模型1和模型4，迎風縱墻開洞時除迎風縱墻本身外，其余各面的凈風壓系數(shù)相對于封閉結(jié)構(gòu)外表面風壓系數(shù)均增大兩倍以上 .屋檐處開洞時內(nèi)風壓系數(shù)相對其他幾種工況十分突出，這是由于屋面坡度較小時，來流在屋檐處由于漩渦脫落形成負壓極值區(qū)，最終導致結(jié)構(gòu)各面承受較大的正壓力 .這不會導致圍護結(jié)構(gòu)被風吹跑等破壞，但仍應考慮其與恒載共同作用時的不利影響 .此外，其他3種開洞位置模型均降低了除迎風縱墻外各面的風壓系數(shù).

表2同時表明：開洞對模型各面外風壓分布影響較小.從結(jié)構(gòu)內(nèi)、外壓平衡的角度看，表面開一個主洞口時，內(nèi)外氣壓在達到平衡后，內(nèi)部氣流幾乎沒有流動，則內(nèi)部壓力處處相等，且等于洞口處風壓.內(nèi)、外壓的這種平衡作用使模型在開孔處猶如產(chǎn)生一道“氣墻”，因而開孔對模型周圍空氣流場的破壞程度不大.此時對于建筑外部而言，相當于沒有開孔，故孔口處的風壓等于沒有開孔時的外部風壓，則平均內(nèi)壓也等于沒有開孔時的孔口處外壓.

2 多洞口模型的數(shù)值模擬

以上討論的是開單一主洞口情況下風致內(nèi)壓問題，而實際情況下強風導致的結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)破壞是難以預料的，有可能出現(xiàn)多處破壞的情況 .下面研究0°風向角時迎風縱墻A與背風屋面B（背風縱墻B）同時開洞情況下的風致內(nèi)壓問題，主要考察多洞口情況下外風壓變化情況，以及風致內(nèi)壓隨洞口面積比（β）變化的規(guī)律 .其中：β為迎風縱墻A的開洞面積AW與背風面的開洞面積AL的比.圖2為多洞口位置與風向角示意圖，其網(wǎng)格劃分、邊界條件及參數(shù)設置均與節(jié)1.2相同.

圖2 多洞口模型與風向角示意圖Fig.2 Multi－opening model and wind attack angle

2.1 迎風縱墻與屋面同時開洞的模擬

基本模型與節(jié)1.1相同，縱墻A上洞口尺寸為4m×3.5m；屋面B上洞口尺寸為20m×2.5m時，對應縱墻A上洞口數(shù)量分別取1，2，4，8，10個；屋面B上洞口尺寸為10m×2.5m時，對應縱墻A上洞口數(shù)量取6，10個，由此共得到7種組合工況.7種組合工況對應的洞口面積比（β）分別為0.28，0.56，1.12，2.24，2.80，3.36和5.60.

7種工況多洞口模型結(jié)構(gòu)表面平均風壓系數(shù)的數(shù)值模擬，如表3所示.表3中：CˉP，E為平均外風壓系數(shù)；CˉP，I為平均內(nèi)風壓系數(shù).由表3可知：不同開洞面積比對結(jié)構(gòu)表面平均外風壓系數(shù)的影響很小，可以認為在流動穩(wěn)態(tài)階段結(jié)構(gòu)內(nèi)部風場對外部風場的影響較小.

表3 各工況多洞口模型結(jié)構(gòu)表面平均風壓系數(shù)Tab.3 Mean internal and external pressure coefficients of multi－opening models

當開洞面積比β一定時，結(jié)構(gòu)各表面內(nèi)壓系數(shù)分布均勻，可以用一個平均值來表示結(jié)構(gòu)各面的平均內(nèi)風壓系數(shù).在迎風縱墻與屋面同時開洞時，7種工況的結(jié)構(gòu)表面內(nèi)壓系數(shù)隨開洞面積比β變化的模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果的比較，如圖3所示.

圖3 迎風縱墻與屋面同時開洞的模擬與計算結(jié)果比較Fig.3 Simulation results for the openings on both windward wall and roof

2.2 迎風縱墻與背風縱墻同時開洞的模擬

基本模型仍與節(jié)1.1相同，迎風縱墻A和背風縱墻B上洞口尺寸均為4m×3.5m，各墻面洞口數(shù)量及其組合見表4，由此共得到6種組合工況，洞口面積比β分別為0.2，0.4，1.0，2.5，4.0，8.0.其網(wǎng)格劃分、邊界條件及其他參數(shù)設置均與節(jié)1.2相同.

由數(shù)值模擬結(jié)果可知，迎風縱墻與背風縱墻同時開洞情況下，建筑內(nèi)部流場受開洞位置的影響較大；內(nèi)壓分布的不均勻性比單一主洞口時顯著增強，尤其是背風縱墻和背風屋面的內(nèi)風壓受流場影響較大.為考慮內(nèi)壓隨洞口面積比的變化情況，仍以單位面積的風壓系數(shù)加權平均值來表示內(nèi)風壓系數(shù) .在迎風縱墻與背風縱墻同時開洞時，其平均內(nèi)壓系數(shù)隨β變化的數(shù)值模擬與理論計算結(jié)果比較，如圖4所示.圖5為不同β時各面平均外壓系數(shù)變化情況.

由以上分析結(jié)果可得多洞口情況的幾點結(jié)論：1）0°風向角時，迎風面與背風面同時開洞工況下，風致外壓不隨洞口面積比β的改變而變化，說明在流動穩(wěn)態(tài)階段洞口處空氣流動達到平衡狀態(tài)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部風場對外部風場的影響較小；2）平均內(nèi)風壓系數(shù)隨著洞口面積比的增大而增大，但增大趨勢逐漸變緩，當洞口面積比大于3后趨于常值，且數(shù)值模擬結(jié)果與由文獻［4］推導的理論計算公式計算結(jié)果趨勢完全吻合，但仍存在一定誤差.

表4 迎風縱墻與背風縱墻開洞組合Tab.4 Opening combination of windward wall and leeward wall

圖4 迎風縱墻與背風縱墻同時開洞的模擬與計算結(jié)果比較Fig.4 Simulation results for the openings on both windward wall and leeward wall

圖5 各表面外壓系數(shù)隨洞口 面積比的變化情況Fig.5 Variation of External pressure coefficients to different opening ratios

3 不同風向角工況的數(shù)值模擬

3.1 模型描述

以上所討論的均是0°風向角下結(jié)構(gòu)表面內(nèi)壓分布情況，下面以節(jié)2.1的工況7模型為基礎討論風向角對內(nèi)壓分布的影響.圖2為其風向角的定義，順時針為正，風向角的變化從0°到90°，間隔為15°，共7種工況.由前述可知，當洞口面積比大于3，其平均內(nèi)壓系數(shù)趨于常值，本節(jié)所討論模型洞口面積比β為5.6.由于隨著風向角的變化，圖2結(jié)構(gòu)各表面不再嚴格符合迎風面或背風面的定義，洞口面積比β是變量，本節(jié)定義β是縱墻A與屋面B的洞口面積比，其他邊界條件及參數(shù)的設定參照節(jié)1.2.

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

不同風向角下，結(jié)構(gòu)內(nèi)表面平均風壓系數(shù)及其標準差，如圖6所示.由圖6可以看出：隨著風向角的增大，平均內(nèi)壓系數(shù)呈減小趨勢，同時內(nèi)壓分布的不均勻性顯著增強.這是由于在斜風向作用下，結(jié)構(gòu)外表面風壓分布十分不均勻，當結(jié)構(gòu)表面有多處洞口時，氣流從外風壓大的洞口處流入，從外風壓相對小一些的洞口流出，結(jié)構(gòu)內(nèi)部靠近洞口處和轉(zhuǎn)角的地方多處均有漩渦產(chǎn)生，也就導致了內(nèi)壓分布的不均勻.

圖6 不同風向角下平均內(nèi)風壓系數(shù)和內(nèi)風壓系數(shù)標準差Fig.6 Mean internal pressure coefficients and standard deviation at different wind attack angles

屋面凈風壓系數(shù)隨風向角變化的情況，如圖7所示.由圖7可以看出：0°風向角下屋面平均凈風壓系數(shù)取最大值，相比封閉結(jié)構(gòu)屋面凈壓增大約1.6倍.所述模型與文獻［15］縱墻和山墻同時開洞模型得到相同的結(jié)論.

4 結(jié)論

圖7 不同風向角下屋面凈風壓系數(shù)Fig.7 Net pressure coefficients at different wind attack angle

采用數(shù)值風洞對單一主洞口及多洞口低矮建筑模型進行穩(wěn)態(tài)流動階段風致內(nèi)壓分布規(guī)律的分析，得到以下3點主要結(jié)論.

1）結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)單一主洞口情況下，開孔率對內(nèi)壓幾乎沒有影響，但開洞位置的不同對平均內(nèi)風壓的分布影響顯著.

2）結(jié)構(gòu)表面有多個洞口情況下，0°風向角時，開洞位置對結(jié)構(gòu)內(nèi)部風場影響較大，但對外部風場幾乎沒有影響；不同開洞面積比對結(jié)構(gòu)表面平均外風壓的影響很小，而平均內(nèi)風壓隨著洞口面積比的增大而增大，但增大趨勢逐漸變緩，當洞口面積比大于3時，平均內(nèi)風壓趨于常值.

3）在結(jié)構(gòu)縱墻和屋面同時開洞且開洞面積比一定時，結(jié)構(gòu)平均內(nèi)風壓系數(shù)隨風向角變化顯著，且內(nèi)壓分布的不均勻性顯著增強，0°風向角下屋面平均凈風壓系數(shù)取得最大值.

結(jié)論可為強風地區(qū)低矮房屋結(jié)構(gòu)設計提供參考，同時建議我國現(xiàn)行國家標準GB 50009－2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［23］在強風多發(fā)地區(qū)應考慮風致內(nèi)壓問題.開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓對建筑結(jié)構(gòu)作用的研究是結(jié)構(gòu)風工程領域的新課題，文中只就開孔結(jié)構(gòu)風荷載進行了穩(wěn)態(tài)階段的數(shù)值模擬研究，并未涉及脈動風的影響.事實上，僅僅模擬湍流的穩(wěn)態(tài)階段對于開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓的研究是不夠的，脈動風荷載和突然開孔時引起的瞬時脈沖效應的研究、結(jié)構(gòu)風致振動及流固耦合效應的研究是風致內(nèi)壓研究領域的熱點和難點，也是需深入開展工作.

［1］SHANMUGASUNDARAM J，ARUNACHALAM S，GOMATHINAYAGAM S，et al.Cyclone damage to buildings and structures：A case study［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2000，84（3）：369－380.

［2］臺州市建設規(guī)劃局.0414號臺風“云娜”臺州民房倒塌調(diào)查報告［R］.臺州：臺州市建設規(guī)劃局，2004.

［3］趙雅麗，全涌，黃鵬，等.典型雙坡屋面風壓分布特性風洞試驗研究［J］.同濟大學學報：自然科學版，2010，38（11）：1588－1592.

［4］LIU H.Building code requirements on internal pressure［C］∥Proc 3rd U.S.National Conference of Wind Engineering Research.Florida：International Association for Wind Engineering，1978：1－7.

［5］VICKERY B J，BLOXHAM C.Internal pressure dynamics with a dominant opening［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1992，41／42／43／44：193－204.

［6］STATHOPOULOS T，LUCHIAN H D.Transient wind induced internal pressures［J］.Journal of the Engineering Mechanics Division，1989，115（7）：1501－1514.

［7］HOLMES J D.Mean and fluctuating internal pressures by wind［C］∥Proc 5th International Conference on Wind Engineering.Oxford：Pergamon Press，1997：435－450.

［8］WOODS A R，BLACKMORE P A.The effect of dominant openings and porosity on internal pressures［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1995，57（2／3）：167－177.

［9］BESET F，CERMAK J E.Correlation of internal and area－averages external wind pressures on low－rise buildings［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1997，69／70／71：557－566.

［10］SHARMA R N，RICHARDS P J.The influence of Helmholtz resonance on internal pressures in a low－rise building［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2003，91（6）：807－828.

［11］SHARMA R N.Internal and net envelop pressures in a building having quasi－static flexibility and a dominant opening［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2008，96（6／7）：1074－1083.

［12］余世策，樓文娟，孫炳楠，等.背景孔隙對開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓響應的影響［J］.土木工程學報，2006，39（6）：6－11.

［13］樓文娟，盧旦，孫炳楠 .風致內(nèi)壓及其對屋蓋結(jié)構(gòu)的作用研究現(xiàn)狀評述［J］.建筑科學與工程學報，2005，22（1）：76－82.

［14］盧旦，樓文娟，唐錦春.開孔結(jié)構(gòu)風致內(nèi)壓研究［J］.浙江大學學報：工學版，2005，39（9）：1388－1392.

［15］宋芳芳，歐進萍.低矮建筑風致內(nèi)壓數(shù)值模擬與分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)學報，2010，31（4）：69－77.

［16］LEVITAN M L，MEHTA K C，VANN W P.Field measurements of pressure on the texas tech building［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1991，38（2／3）：227－234.

［17］LEVITAN M L，MEHTA K C.Texas tech field experiments for wind loads partⅠ：Building and pressure measuring system［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1992，41／42／43／44：1565－1576.

［18］LEVITAN M L，MEHTA K C.Texas tech field experiments for wind loads partⅡ：Meteorological instrumentation and terrain parameters［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1992，41／42／43／44：1577－1588.

［19］黃本才.結(jié)構(gòu)抗風分析原理及應用［M］.上海：同濟大學出版社，2001.

［20］周緒紅，聶少鋒，周天華，等.低層雙坡屋面建筑三維定常風場的數(shù)值模擬［J］.工程力學，2010，27（3）：19－29.

［21］殷惠君，張其林，周志勇.標準低矮建筑 TTU 三維定常風場數(shù)值模擬研究［J］.工程力學，2007，24（2）：139－145.

［22］Architectural Institute of Japan.AIJ recommendations for loads on buildings［S］.Tokyo：AIJ，1996.

［23］中華人民共和國建設部.GB 50009－2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Numerical Simulation of Wind－Induced Internal Pressure on Gable Roof Low－Rise Buildings

XIAO Ming－kui1，2，ZHAO Min1，WANG Tao1

（1.College of Civil Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045，China；2.Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area，Chongqing University，Chongqing 400045，China）

The main damages of buildings in gale occurred by the combined effect of external pressure and wind－induced internal pressure which is caused by the sudden openings on structure surfaces.A standard k－εmodel，the Reynolds Averaged Navier－Stokes Equations（RANS）turbulence model，was adopted to numerically simulate different cases of low－rise buildings with one main opening or multi－openings with fluid dynamics software ANSYS Fluent 12.0.The analysis results show that，for single dominant opening cases，the opening ratios doesn′t affect the wind－induced internal pressure，while the opening′locations affect both the magnitude and distribution of wind－induced internal pressures；for multi－openings cases at 0°wind attack angle，the mean internal pressure coefficients increase with increasing the opening ratio，but the trend of increase gradually slows down；at a certain ratio of AW／AL，the mean internal pressure is affected significantly by the wind attack angle，and the inhomogeneity of internal pressure enhances markedly.

computational fluid dynamics；gable roof；wind－induced internal pressure；numerical simulation；turbulence model

TU 312.1

A

1000－5013（2012）03－0310－07

2011－11－27

肖明葵（1952－），女，教授，主要從事工程力學與工程結(jié)構(gòu)抗震動力分析的研究.E－mail：xmkxy＠yahoo.com.cn.

教育部科學技術研究重點項目（108175）；重慶市自然科學基金資助項目（2007BB0126）

（責任編輯：黃曉楠 英文審校：方德平）