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...     

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。     

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。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

典型低矮屋盖雪荷载分布特性实测研究

由于受到风、结构体型等因素的影响,低矮屋盖表面雪荷载形成机理及不均匀分布规律非常复杂。雪荷载实测是非常有效的研究手段,能够真实地反映雪荷载特性。开展了平屋盖、拱形屋盖、高低跨屋盖、双跨双坡屋盖等典型低矮结构表面雪荷载的实测研究,并将实测结果与中国规范(GB50009-2012)、美国规范(ASCE 7-10)、欧洲规范(Euro code 2003)和加拿大规范(NBC 2005)中积雪分布的有关条款进行了对比分析,从而获得了有意义的结论。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

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。     

脱硝钢架表面体型系数及风致响应分析∗

火电厂中的脱硝钢架由于其高度较高、外形不规则,风荷载是其承受的主要荷载之一。为确保该类结构风荷载的正确评估,以某典型脱硝钢架为研究对象,基于流固耦合理论,利用数值风洞方法对脱硝钢架结构表面体型系数及风致响应进行了研究。根据刚度与质量等效的原则,提出了复杂脱硝钢架结构连续体模型的简化方法,模型简化前后的 1 阶自振周期与振型接近,可近似模拟原结构的平动情况。风向角的变化对迎风面及变截面处体型系数的影响较大,可以忽略风向角对侧面及顶面体型系数的影响。在 0°风向角工况下,结构的位移与应力极值均显著大于 90°风向角工况。因此,0°风向对于结构而言为相对较不利风向,在脱销钢架整体结构方向布置时应予以避免。     

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。     

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.     

福建方形土楼屋盖结构的风灾损伤研究

分析了基于构件的计算福建土楼木屋盖结构损伤率的方法,建立了功能函数,并对用于功能函数的结构构件承载力进行了计算。最终得到了方形屋盖结构的损伤率。研究了瓦片掀翻和椽条破坏两种破坏形式下屋盖的损伤率,分析了风向角、高宽比、坡角等因素对损伤率的影响效应,通过数据拟合得到了方形土楼木屋盖在各种影响因素下的损失函数。可为土楼屋盖的抗风保护提供参考。     

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。     

高层建筑的顺风向风振响应分析及舒适度研究

根据性能设计的要求,高层建筑的抗风设计需要考虑人员舒适性要求。本文提出了用于结构顺风向风振响应分析的广义脉冲响应函数法,用来计算随机激励和结构响应之间的传递函数,这样就可以计算高层建筑结构在风荷载作用下的动力响应特性,并用动力可靠度计算结构在脉动风荷载作用下的舒适度失效概率。     

开洞口索穹顶结构的风压特性研究

基于CFD(计算流体动力学)方法研究开洞口索穹顶结构的风压特性。在不同风速和风向角作用下,对索穹顶结构在不同位置上单一开洞、以及结构底面、顶部同时开多个不同形式洞口的平均风压分布进行了系统研究,通过对模拟结果的分析,得到了不同开洞形式的索穹顶结构的平均风压系数分布规律。结果表明,开洞穹顶结构的风压特性与开洞形式、位置和风向等有着重要关联。研究成果为开洞索穹顶结构的抗风设计提供了可靠的理论参考。     

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。     

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。     

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。     

下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的放大效应分析∗

大跨空间枢纽结构是重要的城市生命线工程,地震作用下一旦发生破坏将造成巨大的社会影响。与传统大跨空间结构不同,大跨空间枢纽结构除上部屋盖结构外,还建有刚度较大的下部结构,整体结构形式复杂。因此针对大跨空间枢纽结构的特点,选取了典型的大跨空间网架枢纽结构和管桁架枢纽结构,采用有限元软件ABAQUS分析了下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的影响规律及机理。结果表明,相比仅考虑屋盖结构,考虑下部结构时大跨空间枢纽结构自振频率相比仅考虑屋盖结构时明显降低,结构前十阶自振频率最大相差约20.2%。此外,考虑下部结构会使大跨空间枢纽结构屋盖的动力响应明显增大,屋盖节点的三向加速度响应相比仅考虑屋盖结构时增大约15.8%～248.6%,节点三向相对位移响应增大约3.8%～453.1%,杆件应力增大约0.1%～125.1%,因此在设计时有必要对大跨空间枢纽结构进行整体结构计算分析。     

水平风振对门式刚架轻钢厂房的影响

门式刚架轻型钢结构是单层工业厂房中应用最广泛的一种结构形式,因其用钢量少,结构自重轻,施工速度快,综合效益高,近年来得到迅速发展,同时其安全性和可依赖性在近年自然灾害频发的情况下也备受关注。由于门式刚架轻型钢结构厂房的梁柱截面尺寸小,屋面轻,结构刚度小,自振周期长,对风荷载作用敏感,水平风振的影响显著。本文针对某一工程实例,建立变截面门式刚架轻钢厂房结构的模型,并对其进行了水平风振数值模拟分析,计算结果与按基本风压作用下的内力和变形进行比较。算例结果表明,水平风振对门式刚架轻钢厂房结构的影响较大,在设计中应予以考虑。