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方形土楼屋盖风荷载的数值模拟分析*

2012-06-19彭兴黔吴仁伟

武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2012年4期

彭兴黔 吴仁伟 徐 刚

(华侨大学土木工程学院 泉州 362021)

沿海地区台风活动频繁,台风经常造成大量建筑物,尤其是量大面广的低矮房屋的损坏甚至倒塌[1].分布在沿海地区的客家土楼也遭到了台风的侵袭.“福建土楼”具有极高的历史价值、艺术价值和科学价值.2008年7 月7 日,“福建土楼”获准列入《世界文化遗产名录》,现代建筑师们从土楼身上获得灵感,一座座融合了传统间土楼建筑元素的现代建筑拔地而起[2],借鉴并传承着土楼的血液与命脉,续写着古今交融、中外合璧的建筑风采.本文的客家土楼特指闽西永定土楼,在永定县内方形土楼现存4000多座[3],形式多种多样.文中采用数值模拟方法[4-5]对土楼的风荷载特性和风流场进行分析,提出了适合于客家土楼的抗风措施,用以保护土楼,所以是十分有意义的.

1 数值风洞模拟

1.1 数值风洞与计算模型的选择

德辉楼[6]为原型建立了数值风洞模型(见图1),原型平面尺寸为面宽38m,进深32m ,檐口高度为11.2 m,挑檐挑出长度2.0 m,屋面坡角25°,土木内通廊式结构.数值风洞采用CFX-10.0中SSTk-ω 湍流物理模型,它对分离流的效果比较好[7];因方形屋盖体型复杂,采用适应性强的四面体网格划分建筑模型[8-9].

图1 德辉楼模型

1.2 数据处理方法

客家土楼墙体较厚,一般在1~2 m,受风影响小;而屋盖挑檐悬挑过长,台风首先破坏的是土楼的挑檐部分.如图2双坡屋盖分为内、外挑檐,外檐分区以Wi(i=1~8)表示,内檐分区以Ni(i=1~8)表示,对屋面风荷载进行数值模拟计算.为了便于比较……

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