台风致低层居易损性初步研究

论文摘要

我国位于太平洋西岸,极易遭受台风的袭击,是世界上遭受台风影响最严重的国家之一。我国东南沿海地区人口稠密,经济发达,但也是遭受台风破坏最严重的地区,从90年代开始,台风所造成的经济损失呈不断上升的趋势。通过对台风风灾的调查,台风造成的破坏主要是大量的低层民居破坏。对低层民房在台风作用下的风荷载特性和易损性研究具有迫切的现实意义和理论价值。本文从分析低层民居表面风荷载分布特性着手,在掌握了低层民居风荷载分布规律和特点的基础上,针对台风致民房破坏的主要模式和特点,采用Monte-Carlo方法建立对民房各个构件在台风下失效概率的计算模型,采用不同重现期的台风风速,通过对不同风向计算,对台风致低层民房破坏易损性进行分析。本文主要内容有:介绍了风荷载数值模拟的理论及方法,包括基本的控制方程、雷诺时均方程和本次模拟采用的Realizable k-ε湍流模型。然后采用计算流体力学软件Fluent和相关计算风工程的理论进行模拟计算,通过将风压系数与风洞实验的结果和规范推荐值的对比,认为采用数值模拟方法预测双坡屋面房屋的风压分布是可行和有效的。通过建立不同的房屋模型,分析了屋面坡度、房屋体形和屋檐等对低层房屋表面风荷载的分布特性,最后对2个典型民居进行了全方位各风向的数值模拟,得到了不同风向角情况下房屋的风压系数主要分布和特点,对计算的结果进行了分析和总结。介绍了台风致低层民居易损性分析的方法和步骤。包括台风风荷载的取值方法,针对房屋主要的风致破坏模式采取相应的校验判断方法,以及对房屋进行易损性分析的房屋破坏分类方法。并通过Matlab编制了完整的低层房屋风致易损性分析的计算程序。最后通过对我国东南地区典型房屋模型的实例计算,得出了其主要围护构件在不同风速和风向下的失效概率,并以此分析了低层民居在台风下的易损性状况。根据我国的土木结构抗风设计主要依据《建筑结构荷载规范》规定的基本风速,远小于近几年台风实测风速。因此,本文目的为对我国低层民居台风状况下的易损性作初步探索和分析,为我国台风地区民房的设计和抗风提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 我国村镇低层房屋的类型及主要风致破坏模式
• 1.2.1 我国村镇低层房屋的类型
• 1.2.2 低层民房风致破坏模式
• 1.3 低层建筑抗风易损性的研究现状
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的工程背景和主要工作
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 低层房屋风压分布的数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法
• 2.2.1 湍流控制方程
• 2.2.2 雷诺（Reynolds）时均数值模拟
• 2.2.3 Realizable k-ε模型
• 2.2.4 控制方程的离散化和求解
• 2.3 Fluent 简介
• 2.3.1 程序的结构
• 2.3.2 用Fluent 程序求解问题的步骤
• 2.3.3 边界条件
• 2.4 低层房屋风荷载数值模拟计算
• 2.4.1 几何模型及网格划分
• 2.4.2 边界条件的设定及壁面处理
• 2.4.3 求解器的设置
• 2.5 影响低层房屋风荷载因素的研究
• 2.5.1 计算结果与规范和风洞实验结果的对比
• 2.5.2 坡度对屋面风压分布的影响
• 2.5.3 房屋体形对表面风压分布的影响
• 2.5.4 屋檐长度对表面风压分布的影响
• 2.6 典型民居各风向的数值模拟
• 2.7 本章小结
• 3 台风致低层民居易损性分析模型
• 3.1 引言
• 3.2 分析方法
• 3.3 风荷载的取值
• 3.3.1 风速、风压的确定
• 3.3.2 选取风载系数
• 3.4 破坏模式的分析
• 3.5 房屋破坏的分类
• 3.6 本章小结
• 4 台风致低层民居易损性分析的程序实现
• 4.1 引言
• 4.2 前处理模块设计
• 4.2.1 房屋模型的建立
• 4.2.2 随机材料参数赋值
• 4.2.3 输入风压的计算
• 4.3 有限元计算模块设计
• 4.3.1 三维梁单元
• 4.3.2 20 节点空间等参单元
• 4.4 后处理模块设计
• 4.5 本章小结
• 5 算例
• 5.1 材料抗力的统计参数
• 5.2 算例一
• 5.2.1 房屋模型
• 5.2.2 计算结果分析
• 5.3 算例二
• 5.3.1 房屋模型
• 5.3.2 计算结果
• 5.4 本章小结
• 5.5 附图
• 5.5.1 算例一墙面各区域平均破坏概率
• 5.5.2 算例二墙面各区域平均破坏概率
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录