基于数值风洞的工业厂房屋面体形系数分析

结合低层工业厂房风荷载及抗风性能的研究，采用基于计算流体动力学技术的数值风洞方法，应用Fluent软件中的Spalart-Allmaras湍流模型，对不同高度厂房周围的风场和表面风压进行了数值模拟，得出屋面风压分布、风载体形系数以及整体结构表面的风压分布。分析了厂房高度对屋面风压分布和体形系数的影响，对不同高度封闭性厂房结构风灾作用后的受损部位进行分析。研究表明，侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏；在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏；侧面和背面的负压力较小，不容易产生破坏。

0 引言
低层工业厂房的建筑外形、屋面几何形式以及侧壁高度均对周围气流的流动模式产生影响，进而对屋面的风压分布产生重要影响。早在20世纪70-80年代，国外很多学者已经通过现场实测的方法获得了很多工业厂房的第一手资料。伴随着风洞试验技术的发展，从20世纪90年代开始，Homes

(a) A型厂房

(b) B型厂房

(c) C型厂房
图3 厂房屋面时均体形系数分布
图4所示为不同类型厂房的整体时均风压分布，由图可见，迎风侧壁上均为正压作用，较强负压出现在屋面迎风部位和屋脊部位，屋面其他部位均为负压作用，厂房两端侧壁基本也为较低负压，且迎风处的侧壁负压稍强一些。

图4 厂房整体时均风压分布
表1所示为不同高度厂房典型位置上的最大风压和体形系数，由表可见，屋面上的最大负压力和最大负体形系数随着厂房侧壁高度的增加而减小，说明厂方高度的增加对屋面的抗风不利；迎风面上的最大正压力和最大正体形系数随着厂房侧壁高度的增加而略有增加，说明厂房高度的增加对迎风面的抗风没有太大影响；侧面上的最大负压力和最大负体形系数随着厂房侧壁高度的增加而增加，说明厂房高度的增加对侧面的抗风有利；背面上的最大负压力和最大负体形系数随着厂房侧壁高度的增加而减小，说明厂房高度的增加对背面的抗风不利。但是在四种典型位置上，迎风面的正压最大；对于负压而言，屋面的绝对值最大，侧面的绝对值其次，背面的绝对值最小。
综上研究所示，侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏；在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏；侧面和背面的负压力较小，不容易产生破坏。

6 结 论
应用Spalart-Allmaras湍流模型，对低层厂房周围风场进行数值模拟，得出屋面风压分布和体形系数，可见基于计算流体动力学技术的数值风洞方法是研究建筑结构周围风场的有力手段。算例表明：(1)整个屋面结构均为负压作用，厂房屋面迎风处产生强烈的负压，屋脊部分也产生比较强的负压；随着厂房高度的增加，厂房屋面迎风处的分离作用越来越强，而前端强烈的分离将导致屋脊处的二次分离作用比较弱；(2)迎风侧壁上均为正压作用，较强负压出现在屋面迎风部位和屋脊部位，屋面其他部位均为负压作用，厂房两端侧壁基本也为较低负压，且迎风处的侧壁负压稍强一些。(3) 侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏；在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏；侧面和背面的负压力较小，不容易产生破坏。