大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)的亚格子模型,基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析,给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角,为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

大跨屋盖风载特性风洞试验研究

对基于缩尺比为1:250某大跨建筑在B类地貌下进行了25个不同风向角下的刚性模型测压试验,分析了屋盖结构表面风荷载特性.试验结果表明:全风向角下,屋盖表面均受风吸力作用且各升力系数随风向角变化趋势一致;来流下游区域屋檐受再附剪切层和尾流的影响,受脉动风压与负压较强;45°风向角下脉动与极值风压系数最大值大于其他风向角,为最不利风向角.     

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。     

大跨开合屋盖表面风压特性试验

为了研究大跨开合屋盖风荷载特性以及屋盖开洞对风荷载分布的影响,设计了一个可改变屋盖开合的大跨结构模型,并在大气边界层风洞中开展了不同流场与不同开合工况下的刚性模型测压试验,获得了表面风压分布时程数据。详细分析了建筑表面平均风压系数与脉动风压系数,深入讨论了屋面开合对风压分布的影响。研究结果表明,当来流垂直于屋盖前缘时,形成明显的柱状涡,随着来流角度增大,在屋盖角部形成锥形涡,在45°斜风下锥形涡达到最强;受到特征湍流的作用,均匀流场下屋盖表面的平均风吸力较大;随着湍流强度的提高,受到来流湍流的抑制作用,风压系数有所降低,在C类流场下最为明显;屋面开口降低了孔口附近平均风压,而脉动风压则有所增大。     

弦支穹顶结构的风振响应分析

在考虑了风向角和水平脉动风速谱对结构响应计算结果影响的前提下,采用完全二次型组合法(CQC法)对实际大跨弦支穹顶屋盖结构进行了风振响应的频域分析,得到了不同风向角下该弦支穹顶屋盖结构的风振系数,分析了参振模态数目对结构响应计算结果的影响,并将其他4种脉动风速谱与常用的Daveport谱的风振响应计算结果进行了对比.分析结果表明:结构不同区域的最敏感风向角不同,结构中心部位对45°风向角最为敏感,除中心和悬挑部位以外的其他部位对0°风向角最为敏感;所有区域对90°风向角最不敏感;结构的内力风振系数总体上较位移风振系数分布均匀;参振模态数对该实际结构响应计算结果的影响较为明显,因此建议选取的参振模态数不小于100.另外,Harris谱不适合用于该结构风振响应的频域分析.     

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.     

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.     

不同外部平台宽度对大跨建筑屋盖风荷载的影响

为了研究外部平台宽度对大跨屋盖风荷载的影响,在B类地貌中对无平台和5个典型平台宽度下的刚性模型进行风洞测压试验,得到了各工况下的屋盖表面平均风压系数和脉动风压系数.研究表明:外部平台增大了大跨结构屋盖的平均风荷载.随着平台宽度的增大,屋盖的平均风荷载先增大后减小.平台宽度12m时最不利,其最大增幅达到33%.平台宽度20m时增幅达到20%;外部平台增大了大跨结构屋盖的脉动风荷载,平台宽度12m时最不利,其增幅达到11%.平台宽度20m时,增幅为8%,其余平台宽度下的增幅基本在5%以内.屋盖背风面边缘的脉动风荷载随着平台宽度的增加而减小,平台宽度20m时可达19%.     

大跨屋盖风荷载风洞试验及数值模拟

以闽南某大跨体育馆屋盖表面为例,进行风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟研究.通过风洞试验,得出体育馆最不利风向角下的平均风压系数和分块风压系数.基于CFX10.0软件平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流物理模型,对屋盖上的平均风压进行数值模拟.将计算结果与风洞试验数据进行对比,结果显示两者大体上基本吻合,证明数值模拟可以较准确地模拟实际大跨屋盖表面的平均风荷载.     

大跨屋盖结构荷载风振系数研究

以株洲体育中心大跨屋盖为背景,基于刚性模型测压试验的脉动风荷载时程,通过有限元方法在时域内对大跨屋盖结构进行分析,研究不同情况下结构的荷载风振系数和位移风振系数及其变化规律.研究表明:在同一风向角下,大跨屋盖结构的荷载风振系数对位置变化较敏感,偏于安全可以取荷载风振系数较大值,同时屋盖悬挑前缘节点荷载风振系数值较大.     

周边建筑对低矮建筑平屋盖上风压的干扰效应

通过刚性模型测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了周边建筑的建筑面积密度对目标建筑平屋盖风压系数分布状态的影响规律.试验结果表明:当低矮建筑被同外形、同高度的周边建筑包围时,随着周边建筑面积密度的增大,被包围建筑屋盖上斜风导致的锥形涡将逐渐消失,屋盖上不同部位的负风压极值将逐渐减小并趋于均一;当周边建筑面积密度分别为0.1,0.3和0.6时,被包围建筑屋盖上的最大负风压可分别减小为孤立建筑的80%,30%和20%.     

低矮带檐口曲面四坡建筑屋面风压数值模拟和抗风优化

采用Fluent软件与RNG(Re-normalization group) k-ε湍流模型,数值模拟我国东南沿海地区常见的一类带檐口低矮曲面四坡屋面的风压.重点分析了屋面坡角、风向角、檐口类型等参数对四坡屋面平均风压及周围风场的影响.研究表明,上述参数与屋面风压都密切相关.随屋面坡角增大,迎风屋檐处峰值风吸力减小,背风面风吸力增大;配置檐口可显著改变屋面子块区域的平均风压系数,从而使屋面抗风性能得到优化.     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

大跨度高空弧形连廊模型风洞试验研究

介绍了杭州市民中心建筑群模型测压的风洞试验,给出了大跨高空弧形连廊表面的平均(静)风压系数、平均风压和平均风荷载体型系数值,详细讨论了风场和风向角对风压系数和体型系数的影响.结果表明:连廊迎风面处于正压区,而背风面、顶面和底面处于负压区;连廊顶面风载狭缝效应十分明显,而底面不太明显;连廊的整体体型系数大于规范对弧形建筑的规定;按规范(基于平均风压)计算的用于连廊覆面设计的风压结果比应用统计方法(基于平均风压和脉动风压)计算的结果偏小.     

世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析

为深入研究体型复杂的索膜结构屋面在真实环境中的风压分布和风振特性,对世博轴索膜结构屋面开展了为期两年的风效应监测.通过分析2011年7月一次大风过程的监测数据,得到索膜结构屋面所处的风环境和风压分布特性,并将实测结果和风洞试验数据进行比较.分析结果表明:世博轴屋面来流风一侧以负风压为主,另一侧以正风压为主;来流风一侧边缘的脉动风压最大,另一侧的脉动风压较小;平均风压系数和脉动风压系数随屋面高度由高到低逐渐变小;随着风速的增大,平均风压系数基本保持不变;风压系数实测值略小于风洞试验值,两者分布趋势基本一致.     

周边建筑对体育馆屋盖和幕墙风荷载的干扰

分析张家界体育中心体育馆的风洞测压数据,分别考虑无周边建筑和有周边建筑2种情况,以屋盖和幕墙的风压为研究对象,研究周边场馆对屋盖和幕墙风荷载的干扰影响;采用干扰因子分析法和多阶模态力法分析屋盖等效风荷载.分析表明:在干扰影响下,屋盖峰值负压的干扰因子达到1.5,峰值正压的干扰因子达到5;干扰影响下的幕墙最不利风压集中位置为干扰体周边的幕墙凹陷处和干扰体周边的幕墙拐角处.     

大跨度屋盖表面风压系数的试验研究

以两个大跨度屋盖结构为例，通过风洞模拟试验说明大跨度屋盖表面风压的复杂性，初步分析了风速变化对大跨度屋盖表面平均风压系数的影响。     

含 檐 口 双 坡 屋 面 风 压 风 载 的 数 值 模 拟

摘要： 基于雷诺时均N S方程和Spalart Allmaras湍流模型,运用稳定化流体有限元法数值模拟含檐口双坡低矮屋面的风压分布和风载体型系数,分析了檐口的竖向高度和外伸长度及屋面坡度等关键参数对屋面风载体型系数和周围流场的影响.结果表明：檐口竖向高度对屋面风压分布和风载体型系数的影响较大;水平外伸檐口自身承受的吸力较大,而其长度对屋面风载体型系数影响较小;同时设置竖向和水平檐口时,对屋面风载体型系数的影响明显.     

风场和周边干扰对高层建筑峰值风压的影响

通过风洞测压实验,研究了风场类型及周边干扰对高层建筑峰值风压的影响.研究结果表明:风场类型对高层建筑峰值风压有着较大影响,当高层建筑周边环境不变(有或者无周边干扰)时,绝大多数情况下,不同场地类别的峰值风压系数由大到小依次是B类,C类,D类.周边干扰对高层建筑峰值风压的影响不仅与周边建筑的相对位置有关,还与高层建筑当时所处的风场类型有关,如当南立面为迎风面时,干扰建筑E,F位于南立面斜前方,表现为遮挡效应,绝大多数测点的峰值风压系数均减小,B类场地时其最大减小幅度可达43%,C类场地时可达37%,D类场地时可达46%.