周 戟，刘熙媛，李兆金，窦远明

（河北工业大学 土木工程学院，天津 300401）

我国每年发生的影响最严重的前10项自然灾害中，风灾占据了很大比例，造成了相当大损失[1-4].另外，针对我国东南沿海地区多次风灾调查显示，在风灾中死亡的人员，因房屋倒塌致死的占到总数的2/3或以上，这些倒塌的房屋大多是沿海村镇建筑[5-10].但是目前我国规范体系中没有针对村镇建筑抗风方面的专门规范，由此可见开展村镇建筑抗风研究具有十分重要的现实意义.村镇建筑抗风研究的基础是对其表面风荷载特性的研究，主要研究方法是数值风洞技术.本文主要对应用于村镇建筑的数值风洞方法进行研究，并对村镇建筑表面风荷载特性进行深入细致地分析.

1 模拟过程

1.1 工况设定

风向角B的设置方法：风向为沿Z轴正方向，令计算区域位置不变，调整房屋几何模型的坐标，使房屋整体绕其底面中心逆时针转动角度 B ，从而达到实现不同风向的目的，如图1所示.

为研究不同坡度房屋的屋面风压分布情况以及对抗风最有利的房屋坡度情况，进行如下的模拟计算.房屋的几何尺寸设置，工况设定如表1所示.

图1 房屋与计算区域的几何尺寸及风向示意图Fig.1 Schematic diagram of the calculation region,thebuildingmodeland thew ind direction

表1 工况设置Tab.1 Condition settings

1.2 单元类型

单元类型选择FLUID142.选用网格划分方法为：计算区域边界平行于轴方向的线分段尺寸为6，平行于轴方向的线分段尺寸为4，平行于轴方向的线分段尺寸为4，建筑物边界线平均分为10段，长边平均分为2段.

1.3 湍流模型

湍流模型选择RNG k-湍流模型，边界条件选择为速度入口边界条件，压力出口边界条件，房屋边界与计算区域其他边界均设置为无滑移固体壁面.

2 结果分析

在房屋表面风吸力最大或风压力最大的区域，房屋可能首先出现破坏.本文中将风压的绝对值出现极大值的区域规定为危险区域.在工程中，可能发生因为风力过大，造成墙体失稳破坏等情况.所以，在工程实际中，需要对这些危险区域进行重点考虑.

图2 房屋模型Fig.2 Buildingmodel

2.1 0°风向下迎风面墙体风压分布等值线图及危险区域（图3）

结果1：迎风面墙体的危险区域如图3中红线所围区域，峰值风压的值为正值.0°风向下，迎风面墙体风压分布关于该面墙体的竖直轴对称，危险区域出现在距离屋脊0.25范围内.随着屋顶坡度的增大，此危险区域逐渐移至山墙尖部，因此，坡度大于30°的坡屋顶，必须对山墙尖部采取有效的拉结措施，以防止山墙尖部失稳破坏.

2.2 右侧面墙体风压分布等直线图及危险区域（图4）

结果2：右侧墙体的危险区域在0°风向下时，为图4中深蓝线所围区域，峰值风压的值为负值.在30°及45°风向下时，为图中红线所围区域，峰值风压的值为正值.风向角为0°时，左右侧面墙体均受到风吸力作用；当风向角为30°或45°时，右侧墙体中靠近迎风面墙体的区域受到风压力作用，靠近背风面墙体的区域受到风吸力作用，沿长度方向，风荷载值渐小，且会改变符号.在工程实际中，要考虑纵墙在风荷载作用下受到的力矩作用，以及因此产生的应力.

2.3 背风墙体风压分布等值线图及危险区域（图5）

结果3：对于同一种坡度的房屋，风向的改变对其背风面的峰值风荷载有较大影响.风向角为0°时，背风墙体上的风压值很小，与其他墙体部分及屋顶峰值风压的值相比，几乎可以忽略，不计入危险区域内；风向角为30°时，峰值风压增大很多，危险区域位置为图5中深蓝线所围区域，峰值风压的值为负值.背风墙面总是受到风吸力的作用.

3 结论

本文应用FLOTRAN CFD分析，使用RNG k-湍流模型，对12种坡度的单层双坡房屋在风向角为0°、30°、45°的风作用下的情况进行数值模拟，得到了如下结论：

1）风向角为0°的风作用下，迎风墙体危险区域的位置，以及房屋坡度改变对迎风面墙体风压分布的影响如图3所示.由此可知，坡度大于30°的坡屋顶房屋，必须对山墙尖部采取有效的拉结措施，以防止山墙尖部失稳破坏.在房屋建造过程中，当墙体砌筑至接近房屋2/3高度时，可以在后续砌筑过程中适当增加竖向拉结材料的数量，以增强墙体的抗剪能力.对于山墙较高的情况，可在山墙顶部设置墙揽，以增加墙体的整体性和稳定性.

2）风向角的改变对房屋纵墙风压分布的影响如图4所示.由此可知，当风向角为30°或45°时，右侧墙体中靠近迎风面墙体的区域受到风压力作用，靠近背风面墙体的区域受到风吸力作用，沿长度方向，风荷载值渐小，且会改变符号.在工程实际中，要考虑纵墙在风荷载作用下受到的力矩作用，以及因此产生的应力.为防止墙体破坏，纵横墙要咬槎砌（夯）筑；在墙体转角处设置拉结材料，拉结材料在纵墙内的延伸长度要大于墙体长度的1/10以上.

3）风向角的改变对房屋背风面墙体风压分布的影响如图5所示.由此可知，背风墙面总是受到风吸力的作用.风向角为30°时，风吸力较大，不能忽略，对背风墙面也要采取相应抗风措施.

[1]2006年度全国十大自然灾害事件 [J].中国减灾，2007（1）：28-31.

[2]2007年度全国十大自然灾害事件 [J].中国减灾，2008，（1）：11-13.

[3]2008年度全国十大自然灾害事件 [J].中国减灾，2009，（1）：7-9.

[4]2009年度全国十大自然灾害事件 [J].中国减灾，2010，（1）：9-10.

[5]戴益民，李秋胜，李正农.低矮房屋屋面风压的实测及分析 [J].建筑结构，2009，39（7）：88-90.

[6]王韶文.广东沿海典型低矮建筑调研与风荷载特性的试验研究 [D].汕头：汕头大学，2009.

[7]陈水福，王东耀，陈平.山地丘陵低矮建筑台风灾害特点及致灾原因分析 [C]//第十三届全国结构风工程会议论文集（下册）.2007.

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[9]程占云.村镇建筑风压分布数值模拟及抗风设计研究 [D].天津：河北工业大学，2007.

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