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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

湖区桥塔塔顶表面风压的数值模拟

以洞庭湖大桥桥塔(主塔)为研究对象,基于Fluent软件平台,模拟了主塔塔顶表面的风压分布。采用3种不同的湍流模型对主塔塔顶进行数值模拟,并将模拟结果与实测试验结果进行了对比。选取合理的湍流模型;并探讨了不同风速及不同风向角对主塔塔顶表面风压分布的影响。结果表明,3种模型模拟的结果均与实测试验结果变化趋势一致,而Realizable k-ε模型的模拟结果更接近于实测试验结果;不同风速对主塔塔顶迎风面及侧面风压系数影响较小,而对其背风面风压系数有较明显影响;不同风向角对主塔塔顶风压系数影响显著,尤其是对其拐角处。研究结论可供湖区复杂高耸结构的抗风设计参考。     

带不同洞口低矮房屋屋面风压的数值模拟

为研究开洞低矮房屋在台风环境下的破坏机理,基于ANSYS软件,采用SST k-ω湍流模型对体型比为1.5∶1∶1的封闭、单一洞口及两个洞口的低矮房屋模型的屋面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,研究结果与同体型比的实测房屋及风洞试验结果对比表明:数值模拟结果与实测及风洞结果基本吻合,验证了SST k-ω湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性;两洞口的屋面平均净风压系数与封闭房屋比较接近,单一洞口的位置对平均内风压系数的影响较大,其中迎风面出现单一洞口时,屋面净风压系数绝对值最大,在台风作用下最容易破坏。结果可为国内低矮房屋设计提供有价值的参考。     

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。     

开敞式体育场屋盖结构风荷载特性及风振特性研究

以深圳石岩大树林公园开敞式体育场为例,进行开敞式屋盖结构风荷载特性、结构自振特性、风振响应特性、风振系数研究。首先,通过风洞试验,给出了24个不同方向角结构表面的风荷载分布,挑选较为不利的风向角。其次,进行了结构自振特性研究,分析了结构的刚度薄弱处和振动特点。然后,在对结构表面风荷载分析的基础上,选择6个典型的风向角进行结构的风致动力响应分析。最后,对动力分析结果进行统计分析,提出了可供设计参考的风振系数建议值,为今后工程人员设计开敞式屋盖结构提供参考。     

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.     

闽南红砖大厝庭院形态对屋面风压与风场的影响研究

基于ANSYS Fluent软件选用RNG k-ε湍流模型,以闽南红砖大厝民居为对象,通过数值计算、分组对比分析庭院与厝埕的进深对风场及屋面风压分布的影响并探讨利于抗风的建筑形式。研究表明:①随院落宽度的增加屋面最大平均风压系数绝对值呈现显著地降低又升高,最大降低21.2%;庭院宽度与进深的比例为1.5时屋面最大平均风压系数和整体平均风压系数绝对值最小,利于防风。②随院落进深的增加,屋面最大平均风压系数绝对值呈现显著地降低又升高,最大降低26.0%,庭院宽度与进深的比例为0.67时屋面最大平均风压系数和整体平均风压系数绝对值最小,利于防风。③有厝埕的屋面最大平均风压系数绝对值、整体平均风压系数绝对值与无厝埕相比均显著下降,最大平均风压系数绝对值降低了48.7%;随着厝埕进深的减小,除少量测点外,平均风压系数绝对值降低,降低最大幅度为26%。     

1961-2018年中国风速均值和极端值的时空演变特征

基于1961-2018年中国545个气象观测站点的日值平均风速、最大风速和极大风速数据,采用多种数理统计方法,从气候态特征、长期变化趋势、年际波动特征和1990年前后的差异特征诊断气候变暖背景下近58年来中国风速均值和极端值的时空演变特征。结果表明:(1)1961-2018年中国平均风速具有南低、北高的空间分异特征,而最大风速和极大风速则呈现东南低、西北高的空间分异特征,且两者的空间相关系数达0.71(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年整体以偏小为主。(2)中国平均风速、最大风速和极大风速年代距平从1960年代至2010年代逐渐由正距平为主演变为负距平为主,且1960、1970和1980年代以正距平为主,而1990、2000和2010年代以负距平为主。(3)1961-2018年中国平均风速、最大风速和极大风速均以减少趋势为主,并具有区域性和次区域性特征,其中后两者的空间相关系数达0.75(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。最大风速和极大风速在1990年前后的趋势差异具有较高的空间一致性。(4)1961-2018年中国平均风速在西部地区波动相对较大,最大风速和极大风速的波动特征具有空间相似性,空间相关系数达0.57(n=15 642),通过了0.01显著性水平的检验。平均风速、最大风速和极大风速在1991-2018年相比1961-1990年波动偏大的地区明显多于偏小的地区。     

风雪共同作用下膜结构雪压分布规律的数值模拟研究

对膜结构在风雪共同作用下的雪压分布规律进行了数值模拟研究。首先采用两相流原理对雪漂运动中的空气相和雪相分别进行了数值建模,然后采用CFD数值模拟技术,研究了在风雪共同作用下双坡型膜结构表面的雪荷载分布规律,分析了双坡型膜结构的重要几何参数变化时,雪漂及屋面雪荷载分布的变化规律,总结了双坡型膜屋面在风雪共同作用下的雪压分布规律。结果表明,屋面倾角和屋面宽度是影响风雪共同作用下膜结构表面雪压分布的重要因素,檐口高度和屋面长度是影响膜结构表面雪压分布的次要因素。本文研究为更安全、经济地进行膜结构的抗风雪设计、施工提供了可靠的科学依据。     

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...     

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.     

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.     

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。     

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。