多折面体型悬挑钢桁架屋盖结构的风压分布数值模拟研究

基于Reynolds时均N-S方程与SSTk-ω剪切应力输运模型和BSL-RSM雷诺应力模型,对多折面体型悬挑钢桁架屋盖结构的风压分布进行了数值模拟.采用CFX14.0软件,运用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法实现非线性方程的迭代求解,得到了屋盖表面的平均风压系数,并比较了湍流模型、风向角等因素对屋面风压分布的影响,分析了屋面的风压分布规律及结构的流场分布特性,给出了屋盖在最不利风向下的分区平均风压系数,为该类工程的结构抗风设计提供了参考.     

波纹状悬挑大跨屋盖的风荷载特性

采用同步测压风洞试验技术,对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究,重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明,波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制,但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数,相对于光滑表面悬挑屋盖,最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%,脉动弯矩系数增加20%,但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大,特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值,波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时,不考虑波纹形状的影响是不安全的。     

大连市贝壳博物馆表面风压分布特性风洞试验研究

为了满足大连市贝壳博物馆的抗风安全需要,进行了刚性模型表面风压分布特性风洞试验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数与基本的数据处理方法,给出了典型风向角下结构表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律;分析了各风向角下绝对值最大的局部体型系数及其出现的位置,并将屋盖的局部体型系数与现行《建筑结构荷载规范》(GB 5009—2001)进行了对比。结果表明:屋面上表面的风荷载主要表现为负压,顶部迎风挑檐边缘较大,屋面的尾流区域较小或为正压。屋面两侧的悬挑部分及主入口处迎风时分布有大面积正压,以靠近拐角部分最大,且这部分屋面对风作用反应敏感,设计时应考虑体型系数的变号情况。     

大跨度连续三锥体屋面结构风压体型系数研究

基于计算流体力学(CFD)理论,利用Fluent流体力学分析软件分别从三种不同风向角和四种屋面坡角对大跨度连续三锥体屋面结构进行数值模拟分析,得出该类屋盖表面局部风压系数分布情况,计算得出屋盖表面体型系数。通过归纳和总结,得出局部风压系数在不同风向角和屋面坡角下的变化规律与该类屋面结构的体型系数实用计算公式。通过与某工程的风洞试验数据进行比较,证明该体型系数实用计算公式可以为实际工程的抗风设计提供参考。     

不同地貌下几个典型屋盖的风压特性

在均匀流场、市郊地貌及城市地貌中对包括双坡、球壳及柱壳的几个典型屋盖进行了风洞试验,利用同步多点压力扫描技术得到屋盖的风压数据。将分布于屋盖的局部体型系数与建筑结构荷载规范进行了比较,讨论了不同地貌及风向角对屋盖风压的影响,分析了各风向角下的绝对值最大的负局部体型系数及出现的位置。发现位于双坡屋盖的屋角、屋檐及屋脊区域的风压远大于其它区域的风压,均匀流中这些屋盖的平均风压是市郊地貌屋盖的2至3倍,而市郊地貌屋盖的平均风压又是城市地貌屋盖的2至3倍。     

不同类型平屋盖结构风压分布风洞试验研究

设计普通平屋盖、设女儿墙平屋盖及设挑檐平屋盖三种刚性结构模型进行风洞试验,得到不同模型屋盖表面的平均风压与脉动风压系数,对比分析表明,女儿墙对屋面风压降低效果明显,挑檐在不同风向角下对屋面风压影响效果不同。给出了三种屋盖表面不同位置处的脉动风压谱,以及不同屋盖表面的风压谱变化规律。     

南阳卧龙站站房大跨度屋盖风洞试验

采用同步测压风洞试验技术,对作用于南阳卧龙站站房屋盖的风荷载进行了研究,讨论了平均风风荷载、脉动风荷载的分布特征况。风压分布云图表明,虽然屋盖风压以风吸力为主,但在屋盖台阶处的局部区域存在风压力。根据风压分布特征,对屋盖进行分区,得到了各个区域的风压系数,分析了各个区域风压系数随风向角的变化规律,为该类大跨度屋盖抗风设计提供参考。     

东营会展中心风洞试验研究

东营会展中心展馆屋盖为一大跨度圆柱壳空间曲面,周边悬挑较多,考虑到该建筑的重要性及膜结构对风荷载的敏感性,利用缩尺模型风洞试验对展馆屋盖在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,得出了风荷载压力系数等参数,为展馆的抗风设计提供了可靠的依据。     

北京A380机库风洞试验及风振响应分析

北京A380机库的抗风设计是结构设计中一项重要内容.通过对该机库风洞试验结果的分析,得到在不同工况、不同风向角下机库屋盖上、下表面和墙体内、外表面的风压分布特点,以及低矮女儿墙对超大跨度平屋面风压分布的影响.A380机库结构跨度大,一边有大开口,其屋盖结构竖向刚度弱,对风振比较敏感.采用时域法分析A380机库屋盖结构的风振响应,研究其在脉动风作用下的响应特性和风振系数分布规律.结果表明,不同风向角下的风振系数平均值接近,在1.5～2.0之间,可以采用同一风振系数计算A380机库的等效风荷载.研究成果为A380机库的抗风设计提供依据,为后续大跨度机库抗风设计提供参考.     

武汉火车站站房屋盖和雨棚风洞试验研究

通过风洞试验研究了武汉火车站屋盖和雨棚的表面风荷载分布特征,着重分析了大型悬挑和镂空吊顶对风压分布的影响。屋盖的大型悬挑对局部风压影响很大,当来流斜吹时,悬挑局部区域的体型系数可达-2.2,而由于玻璃幕墙的阻挡作用,悬挑下方在某些风向会产生0.6的正压体型系数。下表面镂空时的上表面内侧风压和密闭时的下表面风压基本一致。在整体设计时,可按封闭模型的试验结果进行取值。通过对总受力和压力方差的统计分析,获得了不同风向下结构受风力作用的大小和离散程度,可为评估不利风向角提供重要参考依据。     

大跨屋盖结构风洞试验及风振响应研究

基于南通兴东新建航站楼结构风洞试验,对该航站楼大跨屋盖结构的整体风压分布以及重要分区的风压分布特性进行研究。并且在风洞试验的基础上,根据各阶振型应变能贡献大小,确定风振响应频域内的计算阶数,进行频域法风振响应分析,并对结构的位移响应风振系数进行对比分析。研究表明:0°风向角为屋盖结构的最不利风向角,迎风区屋檐两端会产生较大的局部风吸力,平均风压系数绝对值达到1.7左右;屋盖中间区域平均风压系数均为负值,风吸力在0°和180°风向角附近达到最大,挑檐区域的风吸力最大值要大于屋盖中间区域;通过各阶模态应变能贡献量确定主要贡献模态,进而选定包括所有主要贡献模态的前m阶模态作为截断模态的方法是可行的;屋盖挑檐区域各分区的最大风振系数要明显大于屋盖中间区域。     

连拱式大跨悬挑屋盖平均风荷载特性

文章通过数值风洞试验,对连拱式悬挑屋盖平均风荷载特性进行了研究。首先分析了不同风向角对连拱式悬挑屋盖的影响并依据升力与弯矩系数确立了0°为最不利风向角。在此基础上研究了屋盖倾角、看台后部通风率、上游看台的干扰对悬挑屋盖平均风压分布的影响,并且建立了考虑以上三种因素影响的平均风荷载模型表达式。     

基于CFD方法的大跨度结构体型系数计算

基于CFD方法建立了数值风洞模型,采用标准k-ε湍流模型,数值模拟大跨度结构屋盖风场风压,获取其风载体型系数。首先,采用数值模拟计算落地球面网壳屋盖体型系数,并与文献风洞试验结果进行对比发现吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性。然后,研究了不同风向角下大跨屋盖风载体型系数的分布,分析及其产生的机理。计算结果表明:在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大。结合当地实际风环境对比分析后获得的最不利风压分布,才可应用于实际工程的抗风设计。     

雄安站大跨结构风洞试验与风致响应研究

雄安站屋盖体型独特,属于风荷载敏感结构,抗风设计非常重要.为明确风荷载取值,对雄安站进行了刚性模型风洞试验.在风洞试验的基础上,着重分析了屋盖悬挑部分风荷载的分布情况.结果表明,屋盖悬挑上表面在剧烈流动分离的影响下风荷载体型系数可达到-2.3;雨棚局部镂空区域对风荷载的影响较小.基于风洞试验得到的风压时程,对屋盖结构进行了风致响应计算,并给出高架候车厅屋盖及雨棚各结构单元不利风向角.最后,采用有限元软件Fluent对过站列车风进行数值模拟分析,得到列车风风压的空间分布形态.列车过站时,结构上的列车风压力峰值随车体与结构距离增大迅速衰减,在列车以350km/h速度运行通过时,高架候车层可满足舒适性要求.     

基于CFD方法的大跨度结构体型系数计算

基于CFD方法建立了数值风洞模型,采用标准k-ε湍流模型,数值模拟大跨度结构屋盖风场风压,获取其风载体型系数.首先,采用数值模拟计算落地球面网壳屋盖体型系数,并与文献风洞试验结果进行对比发现吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性.然后,研究了不同风向角下大跨屋盖风载体型系数的分布,分析及其产生的机理.计算结果表明：在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.结合当地实际风环境对比分析后获得的最不利风压分布,才可应用于实际工程的抗风设计.     

体育场悬挑屋盖结构风压特性研究

结合一大跨度悬挑屋盖结构的刚性模型风洞试验,研究不同屋盖倾角、不同风向及看台后部是否开敞等因素对屋面平均风压分布特性的影响。在总结上述分析结果的基础上,将屋盖风压近似简化为二维形式,对屋盖跨向风荷载进行分段描述,供抗风设计参考。     

杭州萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖风荷载的风洞试验与数值模拟研究

综合采用风洞试验和计算流体动力学(简称CFD)数值模拟方法,对萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖表面风荷载进行了分析研究.首先,分析了屋盖表面典型位置的平均风压系数和脉动风压系数随风向角的变化规律,进而研究了具有较大平均和脉动风压系数的75°和270°风向角下,屋盖短轴中心位置和边缘位置截面测点平均风压系数随位置的变化情况;然后,研究了典型风向角下屋盖表面体型系数等值线云图,并给出了用于屋盖结构抗风设计的分块体型系数;最后,结合CFD数值模拟所得屋盖周围流场,分析了屋盖风荷载作用机理.结果 表明,来流在屋盖迎风边缘位置存在较为明显的流动分离现象,屋盖总体上处于流动分离区,导致屋盖总体表现为受到向上的风吸力作用;屋盖迎风边缘位置流动分离更为显著,因此该位置的风吸力也最大,比较容易引起屋盖的局部受风破坏.     

挑檐和出山对低矮房屋屋面平均风压的影响

基于Fluent 6.3软件对4种屋面形式进行了数值模拟,采取对有挑檐、有出山屋面形式的数值模拟结果与风洞试验进行对比的方式,验证了本文数值模拟方法的可行性。在此基础上模拟了多种屋面形式,得到:挑檐影响屋面平均风压系数分布的作用显著,不同风向角时影响风压作用大小不同,挑檐能够使屋面体型系数减小,但随着长度的增加减小趋势会下降;出山能够改变屋面平均风压分布,对于抗风总体是有利的,当高度较大时不能忽略其不利影响。     

大跨悬挑平屋盖结构风荷载特性的试验研究

对一大跨悬挑平屋盖模型进行了比较细致的风洞试验研究,分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性,研究了均匀和B类两种不同流场对其风荷载分布特性的影响。结果显示结构在均匀流场和紊流的剪切流场所测得的平均和脉动风荷载特性均有显著的差别,文中进一步测量并讨论分析了屋盖上典型测点脉动风压的功率谱密度(PSD)以及空间不同位置之间的相干特性。最后针对此类形状屋面的特点和风压分布特性,提出了一种气动抗风措施,试验结果显示它可以有效削减屋盖风敏感处的风荷载值。     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。