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.     

定日镜的风压分布与脉动特性

定日镜结构的形体特殊,不同于普通的建筑结构.采用表面测压技术对定日镜模型进行了三维风荷载风洞试验,得到了各测点风向角0°～180°范围内,竖向角为0°～90°情况下,镜面平均风压和脉动风压的分布,重点探讨了镜面脉动风压特性.研究结果表明脉动风荷载功率谱变化受湍流风速和旋涡脱落的影响,并与斯托哈罗数有关;镜面正反两侧脉动风压主要呈正相关特性,在顺风向情况下相关系数较小,横风向情况下相关系数较大;风向角及竖向转角较小时,脉动风压更好地符合高斯分布.     

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.     

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。     

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。     

复杂环境中玻璃幕墙设计风压风洞试验

风荷载是引起玻璃幕墙结构破坏的主要荷载之一,目前相应规范在玻璃幕墙设计风压取值上尚未考虑相邻建筑物的影响,其结果已经不能完全覆盖处于特定风场中的幕墙设计要求.通过风洞试验,得到了处于复杂环境中的玻璃幕墙设计风压值,介绍了目前中美两国规范关于玻璃幕墙风荷载取值的计算方法,探讨了试验值与中美两国规范计算值之间的差异.分析结果表明:对于处在复杂环境中的玻璃幕墙,现有规范设计风压的取值不是偏大就是偏小,尤其是在建筑底部的局部区域可能出现远大于规范计算值的负风压.所得结果可供同类幕墙工程设计参考.     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

基于性能的结构抗风设计理论框架

提出了基于性能的结构抗风设计理论框架,将风压强度划分为4个设计风压等级(弱风压、中风压、强风压及超强风压),将人体振动舒适度划分为6个等级(无振感、轻微振感、中等振感、烦恼、非常烦恼和无法忍受)、三种振动水平(与人的舒适感相关的振动水平、与人正常工作和操作有关的振动水平、与人的生理健康直接相关的振动水平)。结合不同类别建筑物的性能需求及人体振动舒适度的要求,将结构风振性能水准划分为4种状态(性能健康、性能亚健康、性能病态及性能丧失),将结构风振性能目标划分为5个等级(A、B、C、D、E)。提出了结构抗风概念设计与计算分析的一般原则,给出了结构性能抗风安全性评价及社会经济评价基本内容的建议。     

阶梯型大跨屋盖结构风荷载数值模拟研究

以某阶梯型体育馆为研究对象,基于CFD数值模拟方法,利用RNGκ-ε湍流模型对阶梯型大跨屋盖风荷载进行了研究,并与风洞试验结果进行对比分析,得出阶梯型大跨屋盖结构表面的风压分布及变化规律,为此类复杂体型的大跨结构抗风研究提供依据。结果表明:1CFD数值模拟技术可用于实际结构风荷载的分析研究;2阶梯型屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响,高度差较小一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数呈负压,高度差较大一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数为正压;3此类阶梯型大跨结构屋面风压分布主要以吸力为主;4阶梯型屋盖屋檐处的风压系数较转角凹处小,需对风压系数较高的位置做好预防措施。     

低矮建筑双坡屋盖上风压系数的概率分布

风灾调查显示,大部分的低矮建筑破坏都是从局部破坏开始的,因此深入研究建筑表面局部风压的概率统计特性从而合理估计极值风荷载,对减少低矮建筑的风致破坏有很大意义.基于东京工艺大学的在线低矮建筑气动数据库中的数据,以其中一个模型工况试验结果为例,分析屋面风压的概率分布特性.     

福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究∗

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD 数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明：圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5 和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05（h 为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离）、倾角θ =-45°、波纹圆弧半径R = 5.5 m 时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1% 和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。     

长江航道江苏段强风和强横风的时空分布特征研究

利用长江航道江苏段2009-2012年AWMS实测数据,分析了强风和强横风的时空分布特征,探讨了大气背景、地理环境等因素对强风和强横风发生的影响,建立了适用于该航道的风压分级预警机制。研究表明:(1)强风和强横风的日变化和季节变化规律相似。(2)每月极端最大风速都超过10 m/s,达到了最大风和极大风事件的标准。(3)局地地理环境差异对不同航段强横风发生频率有不同的影响。(4)强风盛行风向多属于强横风,整体上,偏北风频率高于偏南风,偏西风频率高于偏东风。(5)综合考虑风向和风速的时空变化,建立了水上交通风压的"四级预警"机制,回代计算发现风压预警等级的分布与地形分布密切相关,呈中间等级高、频率多,东、西段等级低、频率少的格局。     

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。     

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。     

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。     

巨型减振结构体系风振效应的参数影响研究

巨型结构风激振动特性非常复杂,其动力性能受多种参数的影响。为合理考虑这些因素的影响,以某48层巨型钢结构为研究对象,针对无控、设置粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器三种分析工况,系统研究了其在平均风和脉动风荷载共同作用下的动力响应。通过结构顺风向侧移响应、构件内力响应及顶层加速度响应等一系列数据,揭示了风速攻角、基本风压、附加阻尼比及二阶效应等对此类结构体系风振控制动力性能的影响规律与变化趋势,并依据分析结果对其抗风分析与设计提出了相应的建议,因而具有实用参考价值。     

有侧移钢筋混凝土方柱的耐火极限分析

采用结构抗火分析软件SAFIR,对独立柱与框架柱的耐火极限进行了比较,并对有侧移柱的计算模型进行了验证;针对不同的侧移因子、截面尺寸、荷载比和配筋率共240种工况,开展了有侧移方柱的耐火分析,揭示了各参数对柱耐火极限折减系数的影响规律;在此基础上,建立了有侧移方柱耐火极限的实用计算公式。研究表明:(1)柱端水平侧移较大时,框架柱的耐火极限相比独立柱明显降低;(2)随着侧移因子的增加,耐火极限折减系数逐渐减小,特别是当柱截面尺寸较大时影响更为显著;(3)随着柱截面尺寸的增加,耐火极限折减系数逐渐降低,且侧移因子越大降低速率越快;(4)随着荷载比的增加,耐火极限折减系数总体上逐渐减小,但配筋率对耐火极限折减系数的影响相对较弱。     

低矮建筑平均风压试验研究

通过一系列不同外形尺寸的单跨双坡低矮建筑刚性模型风洞测压试验,分析了不同风向角情况下结构表面的平均风压系数分布规律,重点考察了建筑结构外形参数和风场条件对低矮建筑主体承重结构风压系数的影响.     

下击暴流下单立柱三面式广告牌风压特性研究∗

基于计算流体动力学理论,采用雷诺平均方法对下击暴流作用下单立柱三面式广告牌结构风压分布进行三维数值计算。首先,通过模拟下击暴流风场风剖面验证计算模型及参数准确性。然后,主要分析径向距离和风向角对广告牌风压分布特性的影响。数值结果表明：径向距离和风向角对广告牌风压分布特性有较强影响,当结构置于 R=0D_jet时,广告牌内外表面均承受较大压力;而 R=1D_jet时,广告牌各面板所受压力达到最大值,然后随径向距离逐渐增大其数值不断减小。随风向角不断增大,广告牌各面板前后叠加风压系数逐渐增大,广告牌迎风面风压系数分布由不对称逐渐转变为对称分布,受高压区域面积也随之逐渐增大。     

低矮房屋风致干扰效应研究

采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,对低矮双坡屋面单体房屋屋面的局部风压进行了数值模拟,并将模拟结果同风洞试验结果做了对比,验证了数值模拟方法在模拟低矮双坡屋面房屋屋面风压方面的准确性和可靠性。此外研究了两栋同体型双坡屋面房屋的风致干扰效应,综合考虑了不同排列方式、布置间距以及风向角的影响。结果表明:该类房屋的迎风挑檐最易受风致干扰影响,且并列布置下干扰效应最为明显,错列布置次之,并列布置则较弱。为考虑放大的干扰影响,定量给出了房屋屋面风压增大部位的干扰系数,以供同类房屋抗风设计时采用。