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。     

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.     

机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布

基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.     

圆柱形建筑双幕墙风荷载特性试验

对圆柱形建筑双幕墙进行了风洞试验,着重分析了不同分隔形式的圆弧双幕墙的风载特性.结果表明:圆弧双幕墙的内幕墙各部位的风荷载比较一致,且随着圆心角的减小,内幕墙所承受的风荷载增大;圆弧双幕墙的外幕墙各部位的风荷载分布则很不均匀,圆弧端部区域的风荷载比圆弧中间区域的大,且由于外幕墙端部测点的内外压随风向角变化不同步,存在相位差,导致了其净风压比单层幕墙的风荷载还大,这在双幕墙的抗风设计中应特别注意.     

复杂多连体大跨度结构的风压与等效静风荷载模拟和分析

以上海世博会后的世博博物馆"欢庆之云"复杂形体大跨度新建工程为背景对象,运用数值模拟方法,研究在不同风向角来风且存在周边建筑风场干扰的情形下,表面曲率多变的多连体大跨空间建筑结构的表面风压、阵风系数和等效静风荷载.对风压云图和分区域风压系数进行了分析,并基于峰值因子法求解阵风系数,进而提出了考虑最不利风向角的等效静风荷载.     

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.     

考虑山顶地形三维效应某电视塔测力风洞试验

以位于南京秀山顶部某电视塔为例,为精确考虑三维地形效应对电视塔风荷载设计取值的影响,首先对电视塔周边800 m内的山顶地形进行风洞试验,获取电视塔结构参考高度处的风速修正系数;然后利用高频动态天平测力(HFFB)技术进行不同风向角下电视塔刚体模型测力试验。基于试验结果,提炼出不同风向角下电视塔结构基底等效内力和顶部峰值加速度响应的分布规律,并分析典型最不利风向角下电视塔结构层等效静力风荷载(ESWLs)分布特性。研究结果表明:山顶地形三维效应对于此类电视塔结构风力分布的影响显著。本文试验和相关结论可为此类山顶地形电视塔结构抗风设计提供参考。     

义乌游泳馆屋盖风荷载的试验研究

义乌游泳馆采用凹形屋盖,对这种屋盖结构的风荷载研究还比较少.为此,制作了比例为1:100的刚性模型,采用同步测压技术,进行了义乌游泳馆凹形屋盖的风压测量,得到了其屋盖上的平均风压系数分布并与凸形屋盖的试验结果进行比较.结果表明:凹形屋盖上的“吸力”要远大于凸形屋盖上的“吸力”;迎风向挑棚上、下表面压力出现不利的负相关,应引起设计人员的注意;周边建筑对义乌游泳馆屋盖风荷载的影响不大.最后还给出了义乌游泳馆屋盖上的前10个最小极值风压.     

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.     

某大型机场航站楼结构风载体型系数的数值模拟

以昆明新机场航站楼工程为背景,基于Fluent软件建立计算模型,采用标准k ε 湍流模型,数值模拟结构表面风场风压,并与风洞试验结果对比,获取结构风载体型系数.分析了不同风向角下屋面风载体型系数的分布和产生机理.计算结果表明：计算流体动力学(CFD)数值模拟方法可以较为准确地反映结构表面实际风压的分布规律,但数值方法结果比风洞试验结果的绝对值略偏大;在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.根据当地风环境条件数值计算并经比较分析而获得的最不利风压分布,可应用于工程抗风的初步设计.     

重檐歇山顶中国古建筑风压与风场数值模拟分析

运用ANSYS Fluent软件并引入Renormalization-group k-ε湍流模型,以北京天安门城楼复杂形体为对象,数值计算分析重檐歇山顶式古建筑的风压与风场特性,揭示了不同风向角下建筑风压与风场的变化规律,开展了城楼城台封闭和城台开敞、曲面斜坡屋面和直线斜坡屋面等对建筑风压和风场的影响.研究表明,风向角对建筑屋面和重檐风压分布影响显著;城台开敞可降低建筑周围整体气流流速,减小屋面和重檐的负风压;直线斜坡可降低屋面与重檐处气流速度,但将增大重檐间区域的气流速度.给出了无周边遮挡建筑物情况下重檐歇山顶古建筑的风荷载体型系数,可为此类古建筑的抗风设计提供技术参考.     

雷暴冲击风作用下双坡屋面风压分布

为了研究雷暴冲击风作用下双坡屋面的风压分布,建造了用于建筑风工程的射流风洞,并对低矮建筑的双坡屋面进行了测压试验.试验装置的气动测试表明,风场的风压分布和风速剖面与理论结果吻合良好,射流风洞可用于雷暴冲击风荷载的相关研究.然后,采用刚性模型的射流风洞测压试验研究双坡屋面的风压分布,为了使研究结果具有代表性,针对15°,30°和60°三种典型的屋面坡角制作刚性屋面模型,试验得到了模型在风场不同位置时的风压分布.试验结果表明:建筑物位于雷暴冲击风场中心附近时,屋面风荷载为较大压力,较常规风荷载更为不利;建筑物远离风场中心时,3种屋面的雷暴冲击风荷载与常规风荷载比较接近.     

起伏地形下复杂形体大跨网格结构风压与等效静风荷载数值模拟

以大跨空间建筑结构实际工程为对象,数值模拟分析复杂形体大跨网格结构在起伏地形下的风压分布、风载体型系数和等效静风荷载.运用Fluent软件计算不同风向角下的结构风载体型系数,发现风向角对结构风载体型系数影响较大.基于谐波叠加法模拟生成风速时程并转化为风压时程,采用ANSYS软件建立结构有限元模型,施加模拟所得的风压时程和风载体型系数,分析结构风致动力效应.定义风振动力放大因子以考虑共振响应的影响,并将其与特定时刻的瞬时风压分布相结合以形成结构的等效静风荷载.数值计算分析了基于基底竖向反力最小值的等效静风荷载及其分布.     

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     

伞形膜结构风压和风振模拟与分析

针对工程常见的八角伞形膜结构,基于ADINA软件开展结构表面风压和结构风振响应的数值模拟,分析结构风致位移响应、速度响应、加速度响应、等效应力等关键风效应,研究膜结构的矢跨比、风向角、膜初始预张力、膜帽处开敞与封闭情形等关键参数对表面风压和结构风振的影响规律,揭示了此类膜结构风振规律和结构风压系数.研究成果可为此类结构的抗风设计计算提供参考.     

美国某临海小高层建筑群风洞试验

为获得设计用风荷载,对美国某临海小高层建筑群进行了刚体模型风洞试验.试验模型缩尺比为1:130,在模型表面布置了1 787个测点.通过该试验,获得了用于主体结构和围护结构设计的压力系数.分析表明,该建筑群无明显的墙角边比墙面风压大的特征.试验得到的围护结构设计风压值小于通过美国规范计算的对应于矩形建筑墙角处面积小于0.9 m2时的风压值.对于主体结构抗风设计风压,迎风面试验值小于规范值,背风面试验值大于规范值.     

开洞位置对低层轻钢结构风荷载的影响

鉴于高层开洞良好卸载效果与迎风面突然开洞的破坏作用,提出对低层轻钢结构开洞抵御风荷载的气动措施.通过湍流κ-ε方程和结构化非均匀网格,采用风洞实验验证的数值风洞模型模拟了4个开洞位置不同,但尺寸相同的轻钢建筑,并基于以上模型风荷载分布提出主动抗风的结构形式.分析结果表明,开洞房屋屋面平均风压较低,此种结构在强风作用下比同类型全封闭的结构抗风性能要好.     

太阳能定日镜结构风载体型系数风洞试验研究

对定日镜模型进行了风洞试验研究,分析得到镜面板风压系数随风向角的变化规律;绘出了不利工况下的平均风压系数等值线图,清楚地显示出镜面板不利风载下的风压分布特征;进一步分析得到镜面板24个单体板块的平均净风压系数极值及分布,将分析得到的风载体型系数结果与建筑规范和相关文献所提供的结果进行对比.对比结果表明,所得结果可为定日镜结构的抗风设计提供参考依据.     

低层建筑抗风设计方法比较与研究

土木工程设计中,最有影响和最易引起工程结构失败甚至破坏的首推风荷载.最近几年风灾严重,尤其是风灾导致的低层建筑损失更是惨重.而国际上发达国家的风荷载规范则在不断变化之中,尤其是对轻型钢结构的抗风设计.因此本文有必要对各国低层轻型钢结构抗风设计方法进行研究.本文分别对中国、日本、美国等国家关于抗风设计方法进行比较,并针对风压系数计算一个实例,最后与风洞试验结果进行对照,对中国抗风设计方法进行研究与探讨.     

体育场馆膜建筑平均风压数值模拟及验证分析

为评估沿海某体育场大跨张拉膜建筑的外形合理性,将参数化建筑设计与开源计算流体力学方法结合,开发了针对稳态大气边界层建筑数值风洞的批量计算模块,能够自动建立考虑周围建筑和地形的计算网格模型,快速评估复杂膜建筑的平均风压分布规律。定量分析了底部看台、周围地形和建筑群对膜表面净风压分布规律的干扰以及不同张拉膜形体参数对建筑风荷载影响。结果表明：膜表面平均风压数值计算结果与风洞试验吻合一致;体育场馆底部观众看台会改变膜表面净风压整体分布规律,明显增加负风压;通过局部调整张拉膜形体参数,可以大幅度减少局部风压最大值和整体风荷载。研究结果可为类似膜建筑外形设计提供参考,建议在评估膜外形方案合理性时考虑底部看台和周围建筑影响,采用风洞试验和计算流体力学方法确定风荷载。