大跨度多肢屋盖风荷载特性试验与模拟研究

我国现有建筑荷载规范对复杂大跨度结构的风荷载取值缺乏明确规定。因此,以成都某超大跨度多肢屋盖形式的航站楼为例,采用刚性测压模型风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了该超大跨度屋盖在24个风向角下的风荷载分布规律,并对比验证了现有计算流体动力学方法对复杂大跨屋盖风荷载模拟的有效性和准确性。结果表明:大跨度多肢屋盖上表面基本为负压,各分肢由于外挑屋檐弧度大、转角多、顺风深度窄,屋盖负压值较其他区域更大,是此类屋盖设计时应重点加强的部位;270°为最不利风向角,由于迎风宽度较大,C指廊迎风向屋檐转角处平均风压系数达到-1.4。0°风向角下由于周边建筑高度较低,进深较短,尾流对试验段航站楼影响基本可以忽略;负风压系数负值沿屋檐外轮廓曲线变化呈两端大中间小的趋势。数值风洞对平均风压系数的模拟结果与试验结果吻合较好。     

风荷载作用下单层平面索网体系点支式玻璃幕墙的动力性能研究

近年来,单层平面索网体系点支式玻璃幕墙以其简洁、通透的特点在国内外得到广泛的应用,其破坏主要由风荷载造成,目前国内外针对此种结构的风振动力性能研究甚少。本文应用谐波叠加法模拟了脉动风速的时程曲线,进而得到风荷载;通过有限元分析软件ANSYS,对单层平面索网体系点支式玻璃幕墙模型进行动力风荷载下的时程分析,研究在动力风荷载下,幕墙的玻璃面板厚度、拉索截面积以及拉索预拉力对其受力性能的影响,以供幕墙设计参考。     

低矮房屋体形系数的修正及风荷载计算方法研究

低矮房屋在强风作用下倒塌破坏给村镇区域造成严重损失,因此研究低矮房屋表面风荷载特性和分布规律,建立有效的抗风设计方法尤为重要。对10种屋面倾角、3种高深比、3种宽深比,共60个双坡低矮房屋模型进行了风场数值模拟研究,采用分区法获得屋面最不利风荷载分区体型系数,并分析了屋面倾角、高深比、宽深比对风压分布的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了屋面倾角、高深比和宽深比三参数的拟合,并将拟合公式和多国风荷载规范给定值进行比较,验证了拟合公式的可靠性。以拟合公式为基础,给出了我国荷载规范中风荷载分区体型系数的建议值,并用于屋面风荷载的计算,改进我国荷载规范中平均风压的计算方法,给出了合理的抗风简化计算公式。     

围护结构风荷载的尺寸折减效应研究

风荷载是控制围护结构设计的主要荷载,工程中常常直接采用围护结构上的测点风压极值的最大值进行围护结构设计.但作用在结构上的风压并不是完全相关的,这导致围护结构上不同部位的脉动风压产生的作用效果在一定程度上相互抵消,总的风荷载作用效果将随围护结构尺寸的增大而减小,这种现象称为围护结构风荷载的尺寸折减效应.本文简要总结和比较了目前研究围护结构风荷载尺寸折减效应的方法,介绍了相关研究成果.     

基于极值Ⅰ型分布的风压系数极值的计算方法

实测和试验结果表明,建筑上风压系数具有很强的非高斯性,然而,目前计算风压系数极值的峰值因子法确是基于高斯假定的,这可能导致建筑的围护结构风荷载被严重低估.因此,研究非高斯风压系数极值的更准确的计算方法,具有重要的实用意义.     

常规风与飓风的极值风速预测模型评述

结构在服役期内设计荷载的取值是否可靠,极大地影响着结构的安全性及经济效益.由于柔性大的结构如高耸、大跨结构和桥梁等对极值风速作用非常敏感,目前世界范围内因风灾造成的结构破坏和损失趋益严重,因此结构尤其是沿海地区结构的设计风荷载取值就非常重要.着重评述了近20年来欧美在常规风、飓风等极值风速统计预测模型方面的研究进展.     

周围建筑群对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应研究∗

大跨穹顶屋盖的风荷载会受到周围建筑群的影响,然而目前的规范中给出的风荷载并没有考虑此影响因素, 本文研究了周围建筑群的建筑布置形式和建筑面积密度对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应及其作用规律。运用计算流体力学(CFD)方法中的雷诺时均方法定常计算屋面平均风压,其中采用指数率风速剖面定义平均风速,采用重组化群 k?ε 湍流模型模拟湍流特性,并与风洞试验结果进行对比验证了数值模拟方法的准确性。通过在数值风洞中建立大跨穹顶结构与干扰建筑群的组合模型,考虑五种建筑布置形式、四种建筑面积密度和 0°~360°风向角, 分析穹顶屋面各区域在典型风向下和最不利风向下的风压系数和干扰因子,研究不同的建筑布置形式和建筑面积密度引起的干扰效应。结果表明,当来流上游和下游均有干扰建筑时屋面风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋面风压显著放大;考虑建筑布置形式,穹顶结构相对的两侧有干扰建筑是最不利布置形式,其中屋面的中心区域和紧邻干扰建筑的区域是干扰效应最剧烈的屋面区域,在结构设计中需要重点关注;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,屋面区域风压的“放大效应”和“缩减效应”均会随建筑面积密度的增大而加剧。本文的研究结果可为大跨穹顶结构的抗风设计提供依据。     

墙面开洞所致低矮房屋屋面局部风压特性研究

对体型比为1.5∶1∶1的双坡屋面低矮房屋表面风压进行了数值模拟,模拟结果与同体型比的低矮建筑风洞试验结果对比的表明:所提数值模拟方法能较好地反映低矮建筑表面风压的分布,由其得到的表面风压与风洞试验结果吻合较好。以风向角为变量,深入研究了墙面开洞面积及位置对低矮房屋屋面局部风压的影响规律。结果表明,房屋墙面开洞对屋面外风压影响较小;不同墙面开洞工况对屋面风压的影响与来流风向密切相关,迎风墙面存在单一洞口时,内压与外压联合作用会显著放大其屋面风荷载。我国荷载规范在规定存在洞口的低矮房屋抗风设计时,尚需考虑风致内压的影响。     

开洞口煤仓风致干扰效应的CFD模拟

储煤仓由于栈桥功能要求而带有洞口,研究开洞口的煤仓风压分布规律和煤仓之间风致干扰效应更接近实际工况,现行规范中没有明确煤仓栈桥洞口尺寸设计的要求,基于此,运用FLUENT软件和计算流体力学(CFD)技术,在采用SSTκ-ω湍流模型的基础上,对开洞煤仓风荷载分布规律进行了数值风洞计算研究。分析了单仓不同栈桥洞口尺寸下门洞周围风压分布规律;对比开洞口单双仓在不同风攻角下的风致干扰效应;改变双仓栈桥洞口相对位置时受扰仓的风压分布规律。结果表明:此类开洞口煤仓的最优栈桥洞口尺寸为4m×4m,为以后的开洞口煤仓设计提供依据;两煤仓风致干扰效应显著,前后煤仓的遮挡效应非常明显;双仓栈桥洞口最不利位置为10°,在今后的双仓设计选型中应尽量避免此种位置关系。     

低矮建筑间的气动干扰因子效应风洞试验研究

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应,但多数国家荷载规范中都没有关于低矮建筑间气动干扰效应的研究.通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了不同周边建筑的建筑面积密度和相对高度下被包围建筑平屋面上的最大局部负风压系数及最大升力系数的干扰因子.     

流场状态对渡槽槽体结构风载体形系数的影响

对矩形和U形渡槽槽体在均匀流场和湍流场中各取不同的高宽比进行了风洞试验,分别测量了槽内有水和无水两种情况下槽体各个部位的风压系数,进而算得了渡槽结构的风载体型系数.试验结果表明,湍流对渡槽槽体结构风载体形系数有显著影响,研究成果可为渡槽结构的抗风设计提供参考依据.     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风参数试验研究

结构下部空旷,上部挡风墙承担的风荷载对结构下部产生较大作用。我国规范没有对该类结构及其顶部透气性A型架的风参数作具体规定。为解决工程设计中风参数取值问题,进行了刚性模型风洞试验研究,得到了不同工况下挡风墙、A型架、管柱的体型系数及挡风墙的阵风系数,分析了风机、周围建筑物、风向角对相关风参数的影响,给出了相关参数的建议值。并将试验结果与数值模拟计算结果进行了对比分析,结果表明,二者吻合较好,研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——配筋计算流程的简化

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,以某冷却塔为例,通过分析各荷载单独作用下的内力状态,包括各自的控制性内力、内力环向分布特征等,对各荷载尤其是风荷载的内力状态进行简化,并根据冷却塔塔筒的旋转轴对称设计原则,从而提出了一种配筋计算的简化方法。与常规方法相比,简化方法所得配筋量仅略有增加,但不仅避免了多风向的组合计算,还无需对整个环向进行配筋计算,在一个确定高度位置只需取一组内力进行配筋计算即可,大大降低了计算工作量。     

轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙平面外受力性能试验

本文提出了一种轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙,是由内部嵌入钢筋的尾砂微晶发泡板与轻钢龙骨组合而成。为研究其风吸或风压作用下弹性变形性能以及平面外受弯破坏全过程,进行了8个轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙足尺试件的单向加载试验。试件参数包括组合墙高度、发泡板强度、嵌入发泡板的钢筋直径、发泡板是否带釉面、发泡板是否复合轻质砌块。每个试件均进行3个工况的加载,前两个工况模拟风吸作用,加载至试件外表面产生裂缝;第三个工况模拟风压作用,加载至试件破坏。采用门式加载架,悬吊试件实现简支,通过简支分配梁将集中荷载分成与试件八点接触加载,各加载点设置球铰支座。研究表明:轻钢龙骨与发泡板有良好的平面外共同工作性能;采取增大组合墙截面高度、提高发泡板材料强度、发泡板设置釉面层、发泡板复合粉煤灰砌块的构造措施,均可提高组合墙的平面外受力性能,复合粉煤灰砌块对提高试件平面外承载能力效果最为显著;利用截面换算方式对组合墙板平面外极限承载力进行计算,计算结果与试验符合较好。结合试验数据及外围护墙板的风荷载计算公式,计算出组合墙的极限风荷载值,为该组合墙的设计及工程应用提供了参考。     

多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用。但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素。钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同。在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3~5倍,结构的风振反应可减小30%。本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础。     

典型体育场屋盖风荷载特性的风洞试验研究

对某一具有代表性的大型体育场刚性模型进行了表面测压风洞试验,介绍了试验所采用的主要技术参数和基本的数据处理方法,分析了结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律,给出了该体育场屋盖上的对应于50年和100年重现期的10min平均风压值及前10个最小极值风压值。分析表明:风压系数平均值分布规律明显,能体现屋盖上流场分布的情况;均方根值能在一定程度上反映出气流分离和旋涡脱落情况。典型体育场屋盖上表面主要分布负压,其中迎风边缘及突出部位较大,低凹处及尾流区域较小;屋盖下表面在迎风的钝体边缘有较大区域正压出现,背风处分布有不大的均匀负压。     

平面局部凸出的双坡房屋表面风压特性分析及体型优化研究∗

以计算流体动力学和大气边界层基本理论为依据,对平面局部凸出的双坡野营房屋表面风压分布特性展开研究,在此基础上对其建筑外形进行合理的优化。研究过程中运用Fluent软件对模型进行分析和计算,并将数值模拟与TTU实测的结果进行对比,进而确定数值风洞的相关参数。将我国野营房屋使用的功能要求以及人体活动所需的空间尺度等作为依据,在此基础上建立模型,并在风向角、辅助建筑相对尺寸和建筑平面布置形式等的变化下,计算分析房屋表面的风压分布规律,最后将结果归纳为房屋的风荷载体型系数,以便抗风设计使用。进一步将房屋表面风压的平均值、极值和标准差作为优化目标,对平面局部凸出的双坡野营房屋的体型进行优化,最终得到该类型房屋风作用最小的合理建筑外形,以提高其抗风性能。结果表明:轻型双坡野营房屋因自身凸出的辅助建筑的存在,建筑周围的气流运动会受到影响,从而使建筑表面风压分布规律发生变化,更会出现主体建筑局部风荷载体型系数发生变号的现象,鉴于以上情况,可知辅助建筑对建筑表面风压的影响在抗风设计中必须予以重视。