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.     

某体育场环状悬挑屋盖风载特性试验

针对缩尺比为1∶200的某体育场刚性模型开展风洞测压试验,研究悬挑屋盖表面风压分布特征及其风载变化规律.结果表明:对屋盖整体而言,其上下表面均受风吸力作用且二者随风向角的变化呈相同的变化趋势;来流上游屋盖表面净平均风压系数趋于0,来流下游屋盖表面净平均风压系数为负值,屋盖总体受到向上的升力;来流下游屋盖内缘迎风区域的风压波动强烈,净脉动风压系数远大于其他区域;净极小值风压系数分布规律与净脉动风压系数分布规律一致,均在来流下游屋盖内缘迎风区域达到最大值,抗风设计中应对该区域进行加强     

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。     

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%.     

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.     

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.     

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。     

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...     

利用旋涡发生器减小大跨方形平屋盖风吸力的实验研究

在强风作用下,屋盖作为风敏感部位往往最先发生破坏,如何抑制屋盖上的极值负风压是保障大跨建筑抗风安全的关键。基于此,提出一种简单有效的新型屋盖抗风气动措施。在平屋顶屋檐处安装旋涡发生器(PVG),通过旋涡发生器的扰流作用来减小屋盖极值风压。采用风洞测压试验研究在不同风向角下PVG对屋面极值风压的气动控制效果,分析PVG对屋顶流场结构的影响并探讨PVG的工作机理。研究结果表明：PVG可以有效减小平屋盖屋面极值风压,尤其在倾斜风向角下的减压效果显著。在最不利风向角下,屋盖极值风压最大减小幅度可达73.3%。相对于长度来说,PVG高度对屋面风压的影响更明显,较密的安装间距和适宜的安装角度可以更好地降低屋盖风吸力。在安装PVG后,屋盖锥形旋涡的涡核位置和再附位置发生改变,屋顶风压低频部分能量占比大幅度减少,脉动能量减弱,大尺度旋涡减少,而小尺度的湍流造成的脉动能量成分增加。     

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.     

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.     

大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行风压分布风洞试验.得到了平均风压系数、极小风压系数的等值线图,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压和脉动风压分布特性、相干特性以及相关系数.研究结果表明:负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力;脉动风压相干性随着频率与距离的增大而减小.     

某低矮模型房屋实测风场和风压的相关性研究

基于台风"菲特"影响下温州某低矮房屋的环境风场实测数据及该建筑物屋盖上的风压实测数据,对于风场特性和屋盖风压特性参数进行了计算分析.分析结果表明:随着平均时距的减小,平均风速最大值增大;湍流度随着平均风速的增大呈逐渐减小的趋势;建筑物屋面及屋面屋脊边缘处的平均风压均为较大的负压且脉动较大;根据风速和风压的变化趋势可以看出,风场风速与建筑物屋盖上风压呈现明显的相关性,进而在不同的时距条件下对风场风速与屋盖风压的相关性进行了分析,发现取5min为基本时距时风速与风压的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载时取基本时距为5min更为合理.     

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。     

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     

大跨屋盖结构风荷载的数值模拟研究

以株洲体育中心大跨屋盖结构为背景,采用CFD数值模拟方法,模拟了大跨屋盖表面风荷载,并与大跨屋盖结构风振时程响应进行了分析比较.结果表明:采用CFD方法模拟的大跨屋盖结构表面平均风荷载与风洞试验结果比较接近,说明该法是比较精确的,所提供的体育馆及游泳馆屋面的体形系数可以提供为结构设计参考.     

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%.     

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.     

紊流风特性参数对方形结构表面脉动风荷载影响研究

紊流风特性参数如紊流强度与紊流积分尺度的试验模拟精度会影响风洞试验结果,导致不同的风振响应.为得到影响规律,分析了紊流风特性参数对方形结构表面脉动风荷载的影响.为减小干扰因素,利用格栅形成局部紊流场,在此流场中研究紊流强度或紊流积分尺度单参数变化,其它参数不变对结构表面脉动风荷载分布规律的影响.结果表明:方形结构底部区域的概率分布曲线与高斯分布吻合较好,随来流紊流强度增大,分布曲线较高斯分布偏移幅度有增大趋势.紊流强度增大会导致脉动风压系数增大,方形结构迎风面中上部区域对紊流强度非常敏感.紊流积分尺度对脉动风压系数的影响很小,来流积分尺度越大,水平相关性与竖向相关性越好.     

不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析

在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况.