多个主开洞的低矮建筑风压特性研究

研究多个主开洞的低矮建筑风压特性对于其抗风意义重大,但目前此类研究有限。依托CFD数值模拟计算平台,研究单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。研究典型低矮建筑在单面多主开洞和多面多主开洞时,不同风速和风向角下的表面平均风压变化规律。分析得到多个开洞建筑的洞口位置、洞口数量和分布对平均风压系数的影响规律,发现单面多个主开洞和多面多个主开洞的低矮建筑的风压分布特性。对于多面多个主开洞建筑,发现并提出"通口效应"的存在。研究成果可为多个主开洞低矮房屋的抗风设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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.     

高层建筑中庭表面风压特性的试验研究

对中庭式高层建筑1:500的刚性模型进行了风洞试验。基于试验结果,对中庭内立面风压的特性进行了详细研究。结果表明,当立面不开洞时,顶部气流分离是中庭内立面风压形成的主要原因,中庭内立面风压分布较为均匀,水平相关性很高,竖直相关性也较高。立面开洞后,随着开洞率的增大,平均风压先减小后趋于稳定,脉动风压先减小后增大。针对中庭内立面风压的特点,对中庭内立面的抗风设计提出了建议公式,通过建议公式的预测结果和试验结果的对比,证明了该方法能用于类似工程设计。     

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。     

基于可靠性的索穹顶结构优化设计

针对索穹顶结构缺乏有效的基于结构性能的优化设计理论现状,文中从可靠性角度出发,首先提出基于索穹顶结构非线性特性的结构可靠度量化评价方法,并结合Geiger型索穹顶结构模型,分析构件截面对结构可靠度的影响规律;在此基础上,采用遗传算法,在不增加结构质量的前提下探索基于结构可靠性的截面优化设计方法;然后基于提高结构冗余度的优化理念,提出一种布索优化方案;最后进一步对新布索方案下的索穹顶结构进行截面优化设计,寻求可靠性能最优的结构形式和质量布置。研究发现,不同类型杆件截面变化对结构可靠度呈不同的影响规律;在控制结构质量不增加前提下,截面优化使结构可靠度由0.728 123提高到0.891 355,优化率为22.4%;布索优化方案使结构可靠度由0.728 123提高至0.862 487,优化率为18.5%,在此基础上进一步优化截面,则结构整体可靠度由0.862 487进一步提高至0.997 676,优化率为15.7%。因此文中基于可靠性的索穹顶结构非线性可靠度评价方法及截面优化和布索优化设计具有良好的理论研究和工程应用价值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

低矮开洞建筑风致内压试验研究

由于建筑物门窗破坏等原因导致开洞,外部气流沿开洞传播,风致内压急剧增大,使得内外风压共同作用成为导致建筑结构破坏甚至倒塌的重要原因.通过一系列不同条件下的单个常开洞低矮建筑刚性模型风洞测压试验,分析了内压的脉动特性以及脉动来源,同时利用稳态理论与非定常理论预测内压系数,并与试验值进行比较.     

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。     

钻石型桥塔五分力系数的数值模拟

以洞庭湖大桥桥塔(主塔)为研究对象,基于Fluent软件平台,采用Realizable和SST两种湍流模型对桥塔表面风压分布特性进行了数值模拟,将模拟结果与现场实测值进行了比较,以此验证了所提数值模拟方法的可行性;预测和探讨了桥塔在不同风速及不同风向下对其五分力系数的影响,并对五分力系数的影响变化规律进行了总结,从而为钻石型建筑结构的抗风设计提供一定的参考。     

洞口对装配式轻钢框架-内保温复合墙抗震性能的影响

本文提出了一种装配式轻钢框架-内保温复合墙结构,为研究不同洞口类型对结构抗震性能的影响,分别设计了带门洞,带窗洞及不带洞口的3个足尺装配式轻钢框架-内保温复合墙试件。通过拟静力试验,观测了装配式轻钢框架-内保温复合墙结构在低周反复荷载作用下的裂缝开展情况和损伤演化过程,分析了结构的滞回特性、骨架曲线、承载力、延性、强度及刚度退化、耗能和应变。结果表明:开洞类型显著影响了装配式轻钢框架-内保温复合墙结构的承载能力及变形能力,洞口的设置降低了试件的峰值荷载及位移,门洞的设置对试件峰值荷载及位移的影响更为显著;将1%位移角作为工程抗震设计的弹塑性位移角对装配式轻钢框架-内保温复合墙结构来说同样适用。     

风场和周边环境干扰对高层建筑平均风压的影响

就风场和周边干扰对高层建筑平均风压的影响进行了研究。结果表明:风场类型对高层建筑平均风压有较大的影响,当高层建筑无周边建筑干扰时,绝大多数情况下,不同场地类别的平均风压系数由大到小依次是B类、C类、D类;周边干扰对高层建筑平均风压的影响与干扰建筑所处位置有关,当干扰建筑位于高层建筑斜前方时,高层建筑迎风面的平均风压系数减小,当干扰建筑位于高层建筑来流斜下游时,高层建筑背风面的平均风压系数绝对值可能增大。     

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。