大型多指廊屋盖风荷载非高斯特性风洞试验研究

基于我国大型机场航站楼(指廊间最大距离约1 500 m)的刚性测压风洞试验,采用高阶统计量方法和柯莫哥罗夫-斯米尔诺夫假设检验方法(K-S法)分析了大型多指廊屋盖表面风压的非高斯特性以及周边建筑对屋盖表面风压分布特性的干扰效应.研究结果表明:周边建筑对屋盖表面风压分布特性的干扰效应总体不显著,极值负压略有减小;大型多指廊屋盖表面风压基本为负压,在屋檐及转角区域的负压值较其他区域更大.高阶统计量方法划分的非高斯区其结果比较分散,同一区域存在不连续情况,且部分区域划分结果对风向角不敏感,而K-S方法划分的非高斯区域连续且覆盖范围与风洞试验分析得到的风压分布规律比较吻合.最后,本研究的风洞试验结果表明:大型多指廊屋盖结构在迎风屋檐、转角等区域表现出明显的非高斯特性,应在我国大型屋盖结构风荷载规范中予以考虑,采用改进的峰值因子估计方法,并宜按非高斯性分区适度提高峰值因子取值.     

坡角影响低矮房屋屋面风载体型系数规律试验

基于5个不同坡角、缩尺比为1︰20的双坡低矮房屋风洞试验模型,在3类不同地貌条件下,以风向角、坡角为变量深入研究坡角影响低矮房屋屋面区域体型系数变化规律.参考中国、美国和日本荷载规范对屋面进行区域划分,给出不同屋面划分形式下屋面体型系数,分析坡角、风向角和地貌对屋面分区体型系数的影响.研究结果表明:坡角对低矮房屋屋面不同区域局部体型系数影响较大,随着坡角的增大迎风屋面处体型系数绝对值减小,18.4°坡角房屋背风屋面风压体型系数绝对值最大;屋面划分形式相对应的体型系数数值大小也不同,中国规范给出的体型系数数值偏小;风向角为0°,90°时地貌影响屋面体型系数大于其他风向角,湍流度增大屋面体型系数绝对值呈现递增趋势.     

L型和矩形低矮房屋体型系数对比研究

通过数值模拟方法与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法分析房屋体型系数的可行性。将L型和矩形双坡房屋的屋面体型系数进行对比,将矩形屋面和规范中的体型系数取值进行对比。结果表明:L型房屋的屋面体型系数在绝大多数工况下相对较小,说明L型房屋更有利于抗风,并指出了在规范中当体型系数取值为负时偏小。最后给出了根据实验值计算L型房屋体型系数建议值。     

某会展中心风洞试验研究

通过对某会展中心北侧两个大跨波浪形悬挑屋盖的风洞试验研究,讨论了典型风向下屋盖的平均风压分布,同时对全风向角下屋盖平均风压、脉动风压与极值风压的分布进行了研究,并进一步探讨底部开敞对悬挑屋盖风荷载的影响。试验研究表明:屋盖整体以负压为主,除在迎风向的屋盖悬挑区域外,其他区域风压较小;屋盖局部特殊的体型可能产生"兜风效应",从而显著增大风压;而底部开敞造成的"窄管效应"会显著增大开敞区域的风荷载,同时由于底部开敞减弱了气流的堵塞作用,使屋盖上表面风吸力有所减弱,对下表面风压力影响不大;总体而言,屋盖悬挑端在迎风向的体型系数基本在-1.5至-1.8范围。     

群体球壳屋盖风荷载干扰效应风洞试验研究

针对大跨球壳屋盖风荷载的干扰效应问题,在大气边界层风洞内分别对单球壳和四球壳屋盖进行了刚性模型测压风洞试验.通过对比分析有、无考虑周边球壳屋盖,从结构基底力和风荷载体型系数分布规律等方面研究了群体球壳屋盖间的干扰效应.结果表明:在风对屋盖结构的整体作用方面,球壳屋盖结构基底平均竖向力系数值为0.81,为向上的风吸力,而基底平均水平力系数值为0.19且主要表现为顺风向的阻力;周边球壳屋盖的存在显著地减弱了结构的基底竖向力,而在部分风向角下增加了结构的基底水平力;在结构的抗风设计中,四球壳屋盖结构的基底水平力干扰因子由于偏安全考虑取为1.21,而基底竖向力可不考虑干扰效应,即结构受到的向上风吸力可按单球壳工况的竖向力取值.在风对屋盖结构表面产生的局部风荷载分布方面,单球壳屋盖结构表面的体型系数呈现对称分布,迎风面低纬度区域存在小范围的正压,其最大体型系数为0.99,而在屋盖顶部高纬度区域则存在较大的风吸力,相应体型系数可达-1.70;周边球壳的存在使得屋盖表面体型系数的分布形式有所改变,其风致干扰主要表现为遮挡效应,即减弱了屋盖表面相应区域的风压(吸)力,但在150°风向角时,周边球壳的干扰却使得屋盖迎风面局部区域的风压力变为风吸力.     

上海东方艺术中心风荷载试验

介绍了上海东方艺术中心模型风洞试验概况和主要结果 .给出了屋面在最不利工况下的分块体型系数及平均风压系数的等值线图 ,清楚地显示了此大跨度屋盖结构屋面的风压分布特征 .结果表明 ,周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的干扰影响 .最后对分别按规范 (基于平均风压 )和应用统计方法 (基于平均风压和脉动风压 )计算的用于玻璃幕墙设计的风压结果进行了比较 ,结果表明 ,按规范计算的最不利风荷载偏小 ,对此应引起注意     

典型低矮双坡房屋并列布置平均风压干扰效应的风洞试验研究

采用同步测压技术对华南沿海地区大量存在的低矮双坡房屋进行刚性模型风洞试验,考虑并列布置工况风荷载的干扰效应并用体形系数 来描述房屋表面在各个工况下的平均风压系数。结果显示：领近施扰建筑的屋面及纵墙的体形系数随干扰间距的变化明显,表现为随着间距的增大先增大后减小。在间距分别为0.5m和1m时取得最大值。而施扰建筑的有无以及干扰间距的变化对远离施扰建筑的屋面纵体以及迎背风山墙的体型系数基本无影响,其值在各个工况下基本保持稳定。     

不同风场开敞和封闭的鞍型屋盖平均风压特性

在TJ-2大气边界层风洞中,利用同步测量技术对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖在B类和D类风场条件下进行了刚性模型风洞测压试验.根据风洞试验结果,分析了两类风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的体型系数的分布规律及相互关系,并通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面体型系数的对比分析,考察了底部开敞对鞍型屋盖风压分布特性的影响规律.     

大跨弦支穹顶复杂体型屋面风压分布规律

对烟台福莱山"海之泉"项目表面风压进行数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了SST k-ω湍流模型的可靠性.进而利用CFD数值模拟技术对天津中医药大学新建体育馆屋面风压分布规律进行模拟分析,研究了不同风向角对体育馆屋面风荷载体型系数的影响,并利用流场速度矢量图分析了结果的合理性.结果表明:在各个风向角下,屋面迎风前缘体型系数都较大,最大值可达-1.6,超过了规范取值,进而给出了屋面风荷载体型系数取值建议.     

复杂体型大跨屋盖表面风压分布的试验研究

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了屋盖表面的平均风压系数、脉动风压系数等值线分布图,对其风压分布特性做了详细的分析.研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气...     

基于Kriging代理模型的平屋盖 女儿墙防风效果优化研究

为确定平屋盖女儿墙的最优参数,基于Kriging代理模型对45°风向角下女儿墙防风效果进行优化研究.首先,选用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ε和RSM 4种湍流模型对设置女儿墙的平屋盖表面平均风压进行数值模拟,并通过风洞试验进行验证.其次,分别以屋面负压峰值和升力系数最小为优化目标,建立了目标函数的Kriging代理模型,同时对女儿墙的孔洞率和高度进行优化.研究结果表明:当女儿墙孔洞率为87.4%,高度为0.049H(H为屋盖高度)时,屋面负压峰值达最小值;当女儿墙孔洞率和高度分别为1%和0.096H时,屋盖升力系数最小.     

长沙机场T3航站楼雪荷载数值模拟及取值

持续大量降雪在建筑物屋盖表面造成大量积雪,同时在风雪天气条件下,雪粒会发生复杂的漂移运动,使建筑的屋面会发生风致雪漂移现象,导致屋面局部实际雪荷载值超过设计值。长沙机场T3航站楼为造型较为独特的大跨屋盖结构,通过CFD(computational fluid dynamics)数值模拟方法对屋盖积雪分布进行研究,并分析设计取值。在模拟雪荷载时,采用了较为常用的VOF(volume of fluid)法,通过设定各相的体积分数来模拟其空间分布。数值模拟结果表明,积雪迁移现象对多级屋面的积雪分布产生显著影响,导致雪荷载分布不均匀。进一步结合荷载规范进行雪荷载包络设计,得到大厅区域和指廊区域的雪荷载分布系数。     

低矮房屋屋面易损区局部体型系数试验研究

基于缩尺比为1∶20的双坡低矮房屋风洞试验模型,在A、B、C三类不同地貌条件下,以风向角、坡角及湍流度为变量研究低矮房屋屋面易损区局部体型系数分布特征及变化规律试验研究.试验结果表明:风向对低矮房屋屋面局部体型系数影响较大并呈现一定规律性,斜风向作用下为各不同坡角房屋最不利风向角;坡角对低矮房屋屋面不同区域局部体型系数影响不一,最不利体型系数集中在平屋面迎风屋檐及角部区域和坡屋面屋脊;坡角大于30°时,最不利体型系数随湍流度增大而增大;迎风面易损区体型系数随屋面坡角增大而增大,并提出屋面坡角与局部体型系数相应的拟合公式.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

风帆体型建筑表面风压的分布特征研究

针对典型风帆体型建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,给出典型风向下风帆建筑的平均风压和脉动风压的分布特征,探讨该体型建筑产生此类分布的原因,并分析围护结构设计时风帆体型建筑的最不利受风区域.研究表明:风帆容易形成"前压后吸"的风压分布,对于迎风面积大、厚度却相对较小的风帆建筑整体抗风较为不利;脉动风压系数与平均风压系数分布规律较为相似,背风区的风压脉动小于侧风区;当风帆建筑锋利边缘处于侧迎风时,来流风会在锋利边缘发生显著的气动分离,使得该区域出现极大的负压.     

基于风洞试验的大跨航站楼屋盖风振响应分析

大跨屋盖结构对风荷载十分敏感,但尚无统一的规范计算方法。因此,对某机场航站楼进行了刚性模型测压风洞试验,得到大跨航站楼屋盖表面的平均、脉动风压系数。对其分布特性进行了研究,并讨论了周边建筑对结构表面风压分布的影响。对屋盖进行了风振响应时程分析,得到了脉动风荷载作用下此类大跨度屋盖在各个风向角的响应规律。结果表明,屋盖各区域的最不利风向角是各自的迎风角度;上游周边建筑对屋盖有遮挡效应,会减小屋盖表面的平均风压;屋盖开洞周边的风振响应较大;为该类结构抗风设计提供了参考。     

大型机库屋面风荷载特性研究

通过风洞模拟实验对某大型机库平面屋顶风荷载进行了研究。结果表明,在一定风向角下屋面出现的单个或一对锥形涡流动结构诱导的局部极大负压峰值是导致屋面破坏的主要原因,女儿墙能稍微减小屋面的风压分布。分析了由于锥形涡引起的屋面平均风压和瞬时脉动风压的特点及其相互关系,讨论了实验获得的脉动压力和按规范计算的差别和原因。     

体育场伞形薄膜屋盖风荷载特性风洞试验研究

以广东省大学生运动会体育场为工程背景,通过风洞试验测量了主看台上伞形薄膜屋盖的表面风压,根据试验数据计算了屋盖所受风力及力矩,分析了屋益表面风压分布特点和所受风力及力矩随风向角的变化规律．试验结果表明,伞形薄膜屋盖的升力及其力矩起控制作用,大小取决于表面负压,而屋盖迎风仰角和跨度大小对表面负压有很大影响．试验结果可以为该类屋盖风荷载设计提供依据或参考．     

角钢输电塔杆件风压及体型系数的风洞试验研究

以220 kV角钢输电塔为研究对象,设计制作了1:2.5的大比例刚性节段模型,在均匀湍流场中进行同步测压风洞试验,获得了输电塔主材、斜材和辅材杆件的风压分布规律和体型系数沿杆件展长的分布.归纳了风荷载对塔身各杆件的作用特点以及体型系数随风向角的变化规律.对于角钢杆件,当角钢内角迎风时,阻力系数与升力系数均较大,杆件处于双向受力状态.对整塔段的体型系数进行了试验值和国内外规范取值的对比.结果表明:按我国规范取值偏小,试验值与国外规范取值接近.     

复杂连体双塔高层建筑的风荷载特性

通过风洞试验研究了具复杂截面的连体双塔高层建筑的风荷载特性,并进行了单塔试验比较.将风压沿截面进行积分求出沿坐标轴方向的合力,然后反算为沿坐标轴方向的整体体型系数.结果表明:风压沿高度变化不大,整体体型系数沿高度递减;单塔最大体型系数对应的风向角偏离坐标轴15°;就双塔连线方向(x向)体型系数而言,上游塔略小于单塔情形,下游塔小于单塔的50%,垂直双塔连线方向(y向)体型系数略小于单塔y向,连体部分的y向体型系数约为2.0,x向为零.分析认为:上游塔对下游塔的遮挡作用使下游塔整体体型系数减小,下游塔降低了上游塔尾流的速度和背面负压,也使上游塔整体体型系数略为减小;但是由于尾流的复杂化,上下游塔局部风压比单塔有所增大.综合分析试验结果,文中最后提出了类似工程的风荷载取值建议.