交錯(cuò)布局輕型四坡房屋群風(fēng)致干擾效應(yīng)研究

顏衛(wèi)亨, 王西鳳, 代 鵬

(長安大學(xué) 建筑工程學(xué)院, 陜西 西安 710061)

輕型四坡房屋布置方便快速、機(jī)動(dòng)性強(qiáng),廣泛應(yīng)用于野營房屋、災(zāi)后安置和大型工程建設(shè)項(xiàng)目臨時(shí)用房中,同時(shí)也屬于風(fēng)敏感低矮房屋,風(fēng)荷載往往是其控制荷載。而此類房屋使用時(shí)常以群體布置出現(xiàn),交錯(cuò)布局也是群體布置的常見形式。群體布置當(dāng)房屋間距小于臨界間距時(shí),房屋之間存在風(fēng)致干擾效應(yīng)。而我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]僅規(guī)定了平面矩形高層建筑相互干擾的群體效應(yīng),對低矮建筑的群體風(fēng)致干擾效尚未明確規(guī)定。國外荷載規(guī)范對低矮建筑群風(fēng)致干擾效應(yīng)也未見取值方法[2-3]。國內(nèi)外關(guān)于群體干擾效應(yīng)的研究大多針對大型冷卻塔、高層建筑和其他形體低矮房屋[4-9],對于輕型四坡房屋在交錯(cuò)布局下的群體干擾效應(yīng)尚未有相關(guān)研究。實(shí)際應(yīng)用中若僅參考單體房屋體型系數(shù)進(jìn)行交錯(cuò)布局抗風(fēng)設(shè)計(jì),則存在安全隱患。

本文通過與TTU實(shí)測結(jié)果對比驗(yàn)證數(shù)值模擬可行性,確定數(shù)值風(fēng)洞主要技術(shù)參數(shù),利用數(shù)值模擬方法進(jìn)行交錯(cuò)布局四坡房屋群風(fēng)致干擾效應(yīng)研究,以期有效應(yīng)對干擾效應(yīng)的不利影響,為輕型四坡房屋群體規(guī)劃布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 數(shù)值模擬基礎(chǔ)性研究

1.1 邊界條件的設(shè)定

數(shù)值模擬時(shí)計(jì)算域入口設(shè)置為速度入口,出口采用完全出流,側(cè)壁和頂面設(shè)置為對稱邊界,流場地面和模型表面設(shè)置為無滑移壁面[6, 10-11]。選取非平衡壁面函數(shù)能更好地模擬氣流在鈍體周圍的碰撞、分離、再附、回流和旋渦等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。

大氣邊界層平均風(fēng)剖面按文獻(xiàn)[1]采用指數(shù)率描述如下式:

(1)

數(shù)值模擬時(shí)與TTU實(shí)測對應(yīng),A類地貌取α=0.12,U0取離地10 m高度處平均風(fēng)速10 m/s。

流域入口湍動(dòng)能k和湍流耗散率ε取值如下:

k=1.5(UIu)2

(2)

ε=0.090.75k1.5/l

(3)

式中:l=0.07L代表湍流積分尺度,其中L為建筑物特征尺寸;湍流強(qiáng)度Iu參照文獻(xiàn)[3]給出的取值范圍。

利用UDF編程將以上公式與Fluent作接口導(dǎo)入。

1.2 計(jì)算域大小

數(shù)值模擬精度與計(jì)算域大小密切相關(guān),計(jì)算域太大會(huì)增加網(wǎng)格數(shù)量,影響計(jì)算效率,太小則無法準(zhǔn)確模擬建筑物風(fēng)壓分布特性。對于低矮建筑,若其高度為H(群體布置為最高建筑物高度Hmax),計(jì)算域入口距建筑迎風(fēng)面應(yīng)大于4～5H,頂壁和側(cè)壁與建筑頂面和側(cè)面的距離應(yīng)大于4H。建筑模型背風(fēng)面后的氣流流動(dòng)應(yīng)能夠充分發(fā)展,通常情況下模型背風(fēng)面與出口的距離應(yīng)大于9～10H。同時(shí),數(shù)值模擬時(shí)模型的阻塞比不宜大于5%[6,11-12]。

基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent,控制阻塞比小于3%,建立三種不同尺寸的計(jì)算域?qū)D1中90°風(fēng)向角下TTU低矮建筑模型橫向中軸線1～11監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果見圖2。圖2中,為提高計(jì)算效率,在首先保證計(jì)算精度的基礎(chǔ)上,計(jì)算域尺寸選用150 m×100 m×60 m精度較高。

圖1 TTU低矮建筑尺寸及典型測點(diǎn)分布

圖2 不同計(jì)算域大小下TTU模型1～11測點(diǎn)平均風(fēng)壓系數(shù)

1.3 網(wǎng)格劃分方式及數(shù)量

網(wǎng)格是CFD數(shù)值模擬和分析的載體,也是分析模型的幾何表達(dá)方式。網(wǎng)格分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)排列有序、相鄰點(diǎn)之間的關(guān)系明確,網(wǎng)格適應(yīng)了幾何體的規(guī)則形狀。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格無法用固定法則對節(jié)點(diǎn)位置加以命名,網(wǎng)格生成復(fù)雜,但其對復(fù)雜邊界有極強(qiáng)適應(yīng)性和有效性。本文為提高計(jì)算效率,采取在模型所在的核心區(qū)采用靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,在外圍區(qū)域采用計(jì)算效率高的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的分區(qū)混合網(wǎng)格劃分形式[11-12]。

選擇計(jì)算域大小為150 m×100 m×60 m,對三種網(wǎng)格數(shù)量下TTU模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,所得結(jié)果見圖3。由圖3,網(wǎng)格數(shù)量越大,數(shù)值模擬與實(shí)測結(jié)果越接近,但網(wǎng)格過密則計(jì)算耗時(shí)過長,考慮計(jì)算精度同時(shí)兼顧計(jì)算效率,取網(wǎng)格數(shù)量為224.6萬,數(shù)值模擬時(shí)控制網(wǎng)格數(shù)量在2.5個(gè)/m3左右。

圖3 不同網(wǎng)格數(shù)量下TTU模型1～11測點(diǎn)平均風(fēng)壓系數(shù)

1.4 湍流模型和離散格式

控制單參數(shù)變化,對不同湍流模型和離散格式下TTU模型進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果見圖4。

圖4 不同湍流模型及離散格式下TTU模型1～11測點(diǎn)平均風(fēng)壓系數(shù)

由圖4(a),除標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型在背風(fēng)向誤差偏大外,其他4種湍流模型均能較好的預(yù)測各監(jiān)測點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù),對比知RNGk-ε模型精度較高,本文湍流模型采用RNGk-ε模型。由圖4(b),三種對流項(xiàng)離散格式中,一階迎風(fēng)格式數(shù)值耗散較大,作定量分析誤差較大,而二階迎風(fēng)格式計(jì)算精度較高,故本文采用二階迎風(fēng)格式。

綜上,采用數(shù)值模擬方法對TTU低矮建筑進(jìn)行分析與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合較好,說明利用數(shù)值模擬對低矮房屋表面風(fēng)壓分布規(guī)律進(jìn)行研究是可行有效的。

2 輕型四坡房屋群數(shù)值模擬

2.1 研究對象

本文研究對象為應(yīng)用較廣泛的輕型四坡房屋,房屋外形和三維尺寸見圖5(a)。群體布置時(shí)房屋表面較單體會(huì)出現(xiàn)放大和遮擋效應(yīng),氣流在房屋表面的碰撞、分離、再附、回流和旋渦等流動(dòng)現(xiàn)象比單體表面復(fù)雜。結(jié)合四坡房屋表面物理分區(qū)和雙軸對稱特點(diǎn),選取0°,45°,90°三種風(fēng)向角并對房屋表面分區(qū)見圖5(b)所示。

2.2 群體交錯(cuò)布局及參數(shù)選取

由文獻(xiàn)[13],群體布置時(shí)房屋之間應(yīng)有大于2 m的人行通道。經(jīng)對圖6(a)中0°風(fēng)向角下三個(gè)四坡房屋交錯(cuò)布置的試算,由圖6(b)知,房屋間距達(dá)到24 m時(shí),房屋表面各區(qū)平均風(fēng)荷載系數(shù)與單體基本相同,因此可認(rèn)為24 m為群體干擾效應(yīng)消失的無干擾間距,房屋間距布置在2～24 m之間。

結(jié)合輕型四坡房屋使用情況,設(shè)計(jì)了如圖7所示8個(gè)四坡房屋交錯(cuò)布局的布置方式。為反映群體布置的疏密程度,探討群體風(fēng)致干擾效應(yīng)隨疏密程度的變化規(guī)律,根據(jù)交錯(cuò)布局時(shí)四坡房屋間距與房屋平面對應(yīng)尺寸的相對關(guān)系,定義無量綱的疏密系數(shù)為:

圖7 四坡房屋交錯(cuò)布局

Rx=Sx/L= 0.5, 1, 1.5, 3, 5

(4)

Ry=Sy/B= 0.5, 1, 1.5, 3, 5

(5)

式中:Rx、Ry表示橫、縱向疏密系數(shù);Sx、Sy為交錯(cuò)布局的橫、縱向間距,取Sx= 0.5L,L, 1.5L, 3L, 5L,Sy= 0.5B,B, 1.5B, 3B, 5B,其中L和B分別為房屋長度和寬度。圖7中黑體房屋為所研究的目標(biāo)房屋,各風(fēng)向角下處于迎風(fēng)前排的房屋為目標(biāo)房屋一,處于后排的為目標(biāo)房屋二。

2.3 風(fēng)壓系數(shù)等值線

以3個(gè)風(fēng)向角和5種橫、縱向疏密系數(shù)為參數(shù),進(jìn)行75種工況數(shù)值模擬,得到目標(biāo)房屋表面風(fēng)壓系數(shù)等值線。限于篇幅,本節(jié)取90°風(fēng)向角時(shí)最具代表性的Rx=0.5,Ry=0.5和Rx=3,Ry=5時(shí)的目標(biāo)房屋表面風(fēng)壓系數(shù)等值線云圖進(jìn)行分析,目標(biāo)房屋各區(qū)域風(fēng)壓系數(shù)等值線見圖8～11。

由圖8,90°風(fēng)向角下,單體房屋迎風(fēng)山墻C區(qū)受正壓控制,風(fēng)壓系數(shù)呈環(huán)狀分布,迎風(fēng)山墻中上部出現(xiàn)正壓極值0.9,由中心向外側(cè)遞減,直至迎風(fēng)山墻邊緣處出現(xiàn)負(fù)壓,負(fù)壓極值為-0.2。目標(biāo)房屋一C區(qū)風(fēng)壓分布基本不受疏密系數(shù)變化的影響。當(dāng)Rx=Ry=0.5時(shí),由于上游及同排房屋的遮擋和干擾,與單體房屋相比,目標(biāo)房屋二迎風(fēng)山墻風(fēng)壓系數(shù)出現(xiàn)變號現(xiàn)象,表現(xiàn)為整個(gè)C區(qū)受負(fù)壓控制,負(fù)壓極值為-0.36。當(dāng)Rx=3,Ry=5時(shí),由于房屋群布置間距較大,目標(biāo)房屋二迎風(fēng)山墻風(fēng)壓分布規(guī)律與單體房屋相似,但風(fēng)壓系數(shù)值較單體房屋為小。

由圖9,單體房屋背風(fēng)山墻D區(qū)受負(fù)壓控制,負(fù)壓極值-0.25。交錯(cuò)布局下,當(dāng)Rx=Ry=0.5時(shí),目標(biāo)房屋一背風(fēng)面主要承受負(fù)壓,D1和D2區(qū)負(fù)壓值外側(cè)較內(nèi)側(cè)為大。但由于房屋布置較密,流經(jīng)背風(fēng)面的氣流受到后排房屋的碰撞后形成回流,在目標(biāo)房屋一背風(fēng)面中下部出現(xiàn)小塊低正壓區(qū)域,從而使其背風(fēng)面平均風(fēng)荷載系數(shù)絕對值較單體減小。Rx=3,Ry=5時(shí)目標(biāo)房屋一D區(qū)風(fēng)壓分布與單體近似。不同疏密系數(shù)下目標(biāo)房屋二D區(qū)風(fēng)壓分布與單體近似。

圖9 90°風(fēng)向角典型疏密系數(shù)下目標(biāo)房屋背風(fēng)山墻風(fēng)壓系數(shù)等值線

由圖10,單體房屋屋面受負(fù)壓控制,負(fù)壓極值-1。流經(jīng)屋面的氣流在迎風(fēng)屋面C區(qū)屋脊線附近出現(xiàn)較強(qiáng)的氣流分離,屋脊線處出現(xiàn)高負(fù)壓區(qū)域,然后經(jīng)屋脊線向后發(fā)展并再次附著到側(cè)風(fēng)屋面和背風(fēng)屋面上,形成再附。Rx=Ry=0.5時(shí),目標(biāo)房屋一同排及后排其他房屋的存在抬升了經(jīng)由其迎風(fēng)屋面屋脊線處出現(xiàn)分離而向后發(fā)展的氣流,減弱了氣流在側(cè)風(fēng)和背風(fēng)屋面的再附程度,目標(biāo)房屋一側(cè)風(fēng)屋面A、B區(qū)及背風(fēng)屋面D區(qū)風(fēng)壓系數(shù)絕對值較單體有所減小,出現(xiàn)遮擋效應(yīng),D3和D4區(qū)遮擋效應(yīng)最為明顯;但對于目標(biāo)房屋二,來流經(jīng)上游房屋抬升使其迎風(fēng)屋面C3和C4區(qū)風(fēng)壓系數(shù)絕對值較單體有所增大,出現(xiàn)了放大效應(yīng)。Rx=3,Ry=5時(shí),由于房屋群間距較大,兩目標(biāo)房屋屋面風(fēng)壓分布與單體近似。

圖10 90°風(fēng)向角典型疏密系數(shù)下目標(biāo)房屋屋面風(fēng)壓系數(shù)等值線

由圖11,單體房屋側(cè)面B區(qū)受負(fù)壓控制,側(cè)面上游B1區(qū)邊緣處風(fēng)壓系數(shù)變化梯度大,B1區(qū)風(fēng)壓系數(shù)絕對值也較大,負(fù)壓極值-0.85,側(cè)面下游B2區(qū)負(fù)壓值較小,梯度變化均勻。Rx=Ry=0.5時(shí),在交錯(cuò)布局下,房屋布置較密,目標(biāo)房屋一與兩側(cè)其他房屋間形成狹窄氣流通道,此時(shí)順風(fēng)向縱向間距較小,氣流流經(jīng)此通道時(shí)形成急流出現(xiàn)峽谷效應(yīng),導(dǎo)致目標(biāo)房屋一B1、B2區(qū)風(fēng)壓系數(shù)較單體有所增大,出現(xiàn)了放大效應(yīng);同時(shí),由于上游房屋的干擾和遮擋,目標(biāo)房屋二B區(qū)出現(xiàn)了遮擋效應(yīng),B1區(qū)上游腳部出現(xiàn)小塊低正壓區(qū)域。Rx=3,Ry=5時(shí),目標(biāo)房屋B區(qū)風(fēng)壓分布與單體相似。

圖11 90°風(fēng)向角典型疏密系數(shù)下目標(biāo)房屋側(cè)面風(fēng)壓系數(shù)等值線

3 風(fēng)致干擾效應(yīng)

為分析群體交錯(cuò)布局時(shí)的風(fēng)致干擾效應(yīng),引入干擾因子IFμ量化交錯(cuò)布局下目標(biāo)房屋相對于單體房屋的受擾程度。干擾因子IFμ定義為:

(6)

式中:μSI為單體房屋的平均風(fēng)荷載系數(shù);μSA為受擾后房屋的平均風(fēng)荷載系數(shù)。

IFμ絕對值大于1,說明出現(xiàn)放大效應(yīng);IFμ絕對值小于1,說明出現(xiàn)遮擋效應(yīng);IFμ小于0,說明受擾前后風(fēng)壓反向;IFμ絕對值在[0.95, 1.05]時(shí),認(rèn)為無干擾[6,14]。本節(jié)以45°和90°風(fēng)向角時(shí)為例對風(fēng)致干擾效應(yīng)展開分析。

3.1 45°風(fēng)向角干擾效應(yīng)

45°風(fēng)向角下目標(biāo)房屋干擾因子變化趨勢分別見圖12和圖13。

圖12 45°風(fēng)向角目標(biāo)房屋一干擾因子

圖13 45°風(fēng)向角目標(biāo)房屋二干擾因子

見圖12,交錯(cuò)布局下目標(biāo)房屋一表面各區(qū)域既有放大效應(yīng)也有遮擋效應(yīng)。當(dāng)疏密系數(shù)較小,Rx=0.5和0.5≤Ry≤1.5時(shí)干擾效應(yīng)最為顯著。此時(shí),目標(biāo)房屋表面大部分區(qū)域均出現(xiàn)較強(qiáng)的放大效應(yīng),如迎風(fēng)屋面A4、C3區(qū),迎風(fēng)山墻C2區(qū),背風(fēng)山墻D2區(qū)及背風(fēng)屋面D3區(qū)干擾因子最大值均大于等于1.38。該風(fēng)向角下最大干擾因子1.68出現(xiàn)在Rx=1.5且Ry=3時(shí)的C4區(qū),平均風(fēng)荷載系數(shù)較單體增大了68%,群體風(fēng)致干擾效應(yīng)不可忽略。隨著縱、橫向疏密系數(shù)的增加,目標(biāo)房屋表面所有區(qū)域干擾效應(yīng)趨于穩(wěn)定,干擾因子值逐漸接近于1。當(dāng)Rx≥3且Ry≥5時(shí),干擾效應(yīng)基本消失。

見圖13,目標(biāo)房屋二表面出現(xiàn)明顯放大效應(yīng)和風(fēng)壓反號現(xiàn)象,干擾效應(yīng)強(qiáng)于目標(biāo)房屋一。當(dāng)疏密系數(shù)較小,Rx=0.5和0.5≤Ry≤1.5時(shí)干擾效應(yīng)最為突出,迎風(fēng)屋面A4、C3、C4區(qū),迎風(fēng)山墻C2區(qū),背風(fēng)山墻D1、D2區(qū)和背風(fēng)屋面D3區(qū)的干擾因子最大值均大于等于1.70。該風(fēng)向角下目標(biāo)房屋所有區(qū)域的干擾因子最大值3.41出現(xiàn)在Rx=3且Ry=0.5時(shí)目標(biāo)房屋二A3區(qū),平均風(fēng)荷載系數(shù)較單體增大了241%,干擾效應(yīng)較強(qiáng),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。迎風(fēng)屋面上游A3、C3區(qū)為受干擾程度最重的區(qū)域,房屋布置較密,0.5≤Rx≤1.5且0.5≤Ry≤1.5時(shí),這兩個(gè)區(qū)域出現(xiàn)明顯的風(fēng)壓變號現(xiàn)象,最大負(fù)干擾因子-3.03出現(xiàn)在Rx=0.5且Ry=0.5時(shí)C3區(qū),相比于單體房屋,風(fēng)壓變號且平均風(fēng)荷載系數(shù)絕對值增大了203%。隨著疏密系數(shù)的增加,目標(biāo)房屋表面各區(qū)干擾效應(yīng)趨于穩(wěn)定,干擾因子值逐漸接近于1。當(dāng)Rx≥3且Ry≥5時(shí),干擾效應(yīng)基本消失。

綜上,45°風(fēng)向角下群體風(fēng)致干擾效應(yīng)不可忽略。疏密系數(shù)為影響群體風(fēng)致干擾效應(yīng)強(qiáng)弱的關(guān)鍵參數(shù),0.5≤Rx≤3,0.5≤Ry≤1.5時(shí),干擾效應(yīng)較強(qiáng);隨著疏密系數(shù)增大,當(dāng)Rx≥3且Ry≥5時(shí)干擾效應(yīng)消失。

3.2 90°風(fēng)向角干擾效應(yīng)

90°風(fēng)向角下目標(biāo)房屋干擾因子變化趨勢分別見圖14和15。

見圖14,目標(biāo)房屋一大部分區(qū)域表現(xiàn)為放大效應(yīng),局部出現(xiàn)弱遮擋效應(yīng)。除Rx=0.5時(shí)D1和D2區(qū)外,其他區(qū)域干擾因子隨疏密系數(shù)的增大而接近于1。0.5≤Rx≤1.5,0.5≤Ry≤3時(shí),目標(biāo)房屋一各區(qū)干擾因子隨Ry變化而變化幅度較大,此時(shí)保持Ry不變,干擾因子隨Rx增大而逐漸減小。目標(biāo)房屋一最大干擾因子1.64出現(xiàn)在Rx=0.5且Ry=3時(shí)迎風(fēng)屋面C區(qū)。對于Rx=0.5時(shí)背風(fēng)面D1和D2區(qū),隨著Ry由0.5增至5,干擾因子由0.79增至1.56,0.5≤Ry≤1.5時(shí)出現(xiàn)遮擋效應(yīng),3≤Ry≤5時(shí)出現(xiàn)放大效應(yīng)。這是因?yàn)镽x較小,順風(fēng)向的Ry也較小時(shí),氣流經(jīng)目標(biāo)房屋一與兩側(cè)房屋間形成的狹窄氣流通道向后發(fā)展時(shí)與后排房屋碰撞形成回流,導(dǎo)致背風(fēng)面負(fù)壓絕對值值較單體為小。而Ry較大時(shí),氣流能充分向后發(fā)展,在背風(fēng)面出現(xiàn)較高負(fù)壓,Ry=5時(shí)放大效應(yīng)最強(qiáng),較單體放大了1.56倍。Rx≥5且Ry≥3時(shí),各區(qū)域干擾因子接近于1,干擾效應(yīng)基本消失。

見圖15,目標(biāo)房屋二主要表現(xiàn)為遮擋效應(yīng),但局部區(qū)域的放大效應(yīng)不容忽視。Rx=0.5且Ry=1時(shí)A1和B1區(qū)遮擋效應(yīng)最強(qiáng),平均風(fēng)荷載系數(shù)較單體分別減小了75%和82%。當(dāng)0.5≤Rx≤1.5,0.5≤Ry≤1.5時(shí),C區(qū)干擾因子為負(fù),表明該區(qū)在交錯(cuò)布局房屋間距較密時(shí)相比單體會(huì)出現(xiàn)風(fēng)壓反向現(xiàn)象。然而90°風(fēng)向角下最大干擾因子1.67出現(xiàn)在Rx=1且Ry=0.5時(shí)背風(fēng)面D區(qū),平均風(fēng)荷載系數(shù)較單體房屋增加了67%,這表明,對于處于下游受遮擋位置的目標(biāo)房屋二,雖然其表面大部分區(qū)域出現(xiàn)遮擋效應(yīng),但房屋部分區(qū)域仍會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)放大效應(yīng),放大效應(yīng)不可忽略。隨著疏密系數(shù)的增大,干擾效應(yīng)逐漸減弱,當(dāng)Rx≥5,Ry≥3時(shí),干擾效應(yīng)基本消失。

綜上,90°風(fēng)向角下,群體風(fēng)致干擾效應(yīng)不可忽略。疏密系數(shù)為影響群體風(fēng)致干擾效應(yīng)強(qiáng)弱的關(guān)鍵參數(shù),當(dāng)0.5≤Rx≤5,0.5≤Ry≤3時(shí),干擾效應(yīng)較強(qiáng);隨著疏密系數(shù)增大,當(dāng)Rx≥5且Ry≥3時(shí)干擾效應(yīng)消失。

4 風(fēng)荷載體型系數(shù)

表1為單體房屋各區(qū)平均風(fēng)荷載系數(shù)和目標(biāo)房屋各區(qū)最大干擾因子。當(dāng)房屋間距小于臨界間距時(shí),干擾效應(yīng)不可忽略。實(shí)際應(yīng)用時(shí)若僅參考單體體型系數(shù)進(jìn)行群體抗風(fēng)設(shè)計(jì),則存在安全隱患。為計(jì)及交錯(cuò)布局帶來的放大效應(yīng),根據(jù)四坡房屋使用情況,房屋表面沒有分區(qū)且不會(huì)有特定迎風(fēng)面、側(cè)面、迎風(fēng)屋面或背風(fēng)面,在表1基礎(chǔ)上,結(jié)合四坡房屋雙軸對稱的特點(diǎn),按照最不利系數(shù)包絡(luò)原則,將房屋表面簡化為迎風(fēng)山墻、其他山墻和屋面三個(gè)區(qū)域,在單體房屋表面各區(qū)域體型系數(shù)上乘以最大干擾因子作為放大因子,得到交錯(cuò)布局時(shí)的風(fēng)荷載體型系數(shù)見圖16。

表1 單體房屋各區(qū)平均風(fēng)荷載系數(shù)和目標(biāo)房屋最大干擾因子

圖16 交錯(cuò)布局下輕型四坡房屋風(fēng)荷載體型系數(shù)

圖16中正號表示風(fēng)壓力,負(fù)號表示風(fēng)吸力,括號中數(shù)值為放大因子,交錯(cuò)布局輕型四坡房屋風(fēng)荷載體型系數(shù)為單體房屋體型系數(shù)與放大因子的乘積,Rx≥5且Ry≥5時(shí)群體干擾效應(yīng)基本消失,此時(shí)可按單體房屋體型系數(shù)進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

5 結(jié) 論

1) 對于交錯(cuò)布局輕型四坡房屋群風(fēng)致干擾效應(yīng)的數(shù)值模擬控制網(wǎng)格數(shù)量2.5個(gè)/m3,湍流模型采用RNGk-ε模型,離散格式采用二階迎風(fēng)格式是可行有效的。

2) 風(fēng)向角一定時(shí),疏密系數(shù)為影響群體風(fēng)致干擾效應(yīng)強(qiáng)弱的關(guān)鍵參數(shù)。交錯(cuò)布局房屋布置間距分別為:0°風(fēng)向角下1倍房屋長度和1倍房屋寬度、45°風(fēng)向角下3倍長度和1倍寬度、90°風(fēng)向角下1倍長度和0.5倍寬度時(shí)干擾效應(yīng)最強(qiáng)。

3) 0°風(fēng)向角交錯(cuò)布局房屋布置間距大于等于3倍長度和5倍寬度;45°風(fēng)向角大于等于3倍長度和5倍寬度;90°風(fēng)向角大于等于5倍長度和3倍寬度;所有風(fēng)向角下大于等于5倍長度和5倍寬度時(shí)干擾效應(yīng)消失。

4) 0°,45°,90°風(fēng)向角下,群體交錯(cuò)布局時(shí)目標(biāo)房屋與單體房屋相比,出現(xiàn)最強(qiáng)放大效應(yīng)區(qū)域的平均風(fēng)荷載系數(shù)分別放大了1.77倍,3.41倍,1.67倍;45°風(fēng)向角時(shí)干擾效應(yīng)最強(qiáng)。房屋群間距小于臨界間距時(shí),群體干擾效應(yīng)不可忽略,實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。

5) 在單體房屋體型系數(shù)基礎(chǔ)上乘以放大因子以計(jì)及交錯(cuò)布局相對于單獨(dú)布置的干擾效應(yīng),得到交錯(cuò)布局輕型四坡房屋風(fēng)荷載體型系數(shù)(見圖16)。