洞口设置对高层建筑静力风荷载的影响研究

本文对涉及两种开洞率、三种不同开洞位置和全封闭(无洞口)的八个高层建筑刚性模型的表面平均风压分布进行了风洞试验研究,并与计算流体动力学(CFD)大型商业软件Fluent6.0的计算结果进行了对比分析。结果表明,开洞建筑平均风压的减少主要是受荷面积减少引起的,但其减少的比率大于开洞率。此外,借助Fluent6.0对不同开洞率情况下的建筑模型进行了大量算例分析,得到了中部开洞建筑模型的平均风压系数相对值和基底弯矩系数相对值与开洞率之间的相关方程;探讨了底部开洞建筑模型洞内平均风速的增大效应与洞口大小、来流方向之间的关系。分析表明,在最不利来流风向角情况下,洞中最大平均风速可超过建筑模型顶部的远处来流风速,应引起建筑风环境设计者的关注。     

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。     

考虑幕墙开洞的大跨屋盖结构风荷载特性研究

基于不同幕墙开洞率的刚性模型风洞试验,研究了不同幕墙开洞率对大跨屋盖结构风荷载特性的影响。研究结果表明,在迎风面幕墙突然开洞时,内压时程有明显的突变,但开洞位置处于侧风向墙体时变化较小;对测点的内压系数功率谱分析发现,屋盖共振频率均出现在30~40Hz之间;内压脉动能量随迎风面幕墙开洞率的增大而增大;突然开洞时瞬态内压的脉动能量在低频段衰减较为明显。通过对比内压系数试验值与国内外荷载规范规定值发现:四周封闭时内压系数试验值均大于国内外规范规定值。研究结果对有幕墙开洞的大跨屋盖结构的抗风设计及荷载规范中关于有洞口建筑内压的修订均具有一定的参考借鉴意义。     

水平荷载作用下开洞集装箱房屋纵向受力性能分析

目前,工厂化生产和标准化现场装配使装配式建筑受到大力推广,集装箱房屋由于低碳环保、移动便捷和适应性强等特点在建筑领域得到广泛应用.与集装箱的传统用途相比,当集装箱作为建筑载体使用时,需满足采光、通风及其他使用方面的需求,这就需要在集装箱上开设洞口,洞口的开设必然对集装箱的整体性造成影响.在调研集装箱房屋门窗洞口开设常规做法的基础上,利用ABAQUS对不同开洞率的集装箱在水平荷载作用下的纵向受力性能进行模拟分析;然后对开洞率较大的集装箱的洞口进行了加固,进一步分析了加固措施对集装箱受力性能的影响,并根据荷载传递的有效性对加固措施进行了优化;根据分析结果对建造集装箱房屋时的洞口设计给出了建议.研究能够为后续集装箱房屋的设计和研究提供借鉴和参考.     

开洞建筑风压分布特性风洞试验研究

对美国迈阿密市一假日酒店的刚体模型进行了风洞试验,研究了表面开洞对建筑局部风荷载的影响及圆截面结构风荷栽分布的特点.结果表明,建筑表面开洞会增大其开洞周围的风荷载;开洞圆截面结构的风荷载分布特性同现行荷载规范给出的规律相接近,但最大负风压系数(绝对值)要小于最大正风压系数.     

开洞集装箱房屋在水平荷载作用下的力学性能分析

装配式建筑具有工业化生产和标准化的现场装配等优点,因此在建筑业得到广泛应用.随着低碳、环保的建筑理念逐渐深入人心,集装箱房屋这一新兴建筑正在被更多人青睐.当集装箱从运输业转变到建筑业应用时,由于采光、通风及其他使用功能的要求就不可避免地要在侧板开洞,由此会影响整体的抗侧刚度、抗侧承载力等抗侧性能,主要运用ABAQUS分析软件研究40ft集装箱在水平荷载作用下洞口不同高宽比及洞口位置对其抗侧刚度和极限承载力的影响.分析表明,相同开洞率下,高宽比越大,刚度和极限承载力也相对越大,且开洞率越大,效果越明显;洞口位置距离加载端越远,其刚度和承载力就越大.     

低周反复荷载作用下轻骨料混凝土开洞低剪力墙试验研究

通过钢筋轻骨料混凝土开洞低剪力墙在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了洞口大小和位置对剪力墙延性及耗能性能等的影响。由于洞口角部产生应力集中,开洞墙体的开裂荷载小于未开洞墙体。洞口位置对于具有对称墙肢的小开洞剪力墙极限承载力影响不大,但对结构延性及耗能能力有一定的影响。     

开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响研究

为了获悉开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响,通过ABAQUS程序建立了冷弯薄壁管桁架组合墙体的有限元模型。研究参数为蒙皮效应、开洞位置和开洞率。计算模型采用塑性壳单元,考虑了几何非线性和材料非线性的影响,各部件的自攻螺钉连接采用点与点接触耦合模型模拟。通过与冷弯薄壁管桁架组合墙体试验的水平荷载-水平位移关系曲线和破坏模式的比较,验证了组合墙体有限元模型的准确性,揭示了开洞对冷弯薄壁管桁架组合墙体抗剪性能的影响。研究表明:冷弯薄壁管桁架组合墙体的抗剪性能与OSB板的蒙皮效应、墙体的开洞率和开洞位置有关;蒙皮效应越好,洞口面积越小,抗剪性能越好。     

负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁受力性能试验研究

为研究腹板开洞对负弯矩区组合梁受力性能的影响,对三根腹板开洞外挑组合梁和一根对比梁进行了试验研究,考虑是否开洞、洞口大小、洞口补强等参数的影响.试验结果表明:腹板开洞后,组合梁开裂荷载减小,且初始裂缝出现在洞口上方混凝土板中;洞口区域截面纵向应变分布不再满足平截面假定;组合梁最终表现为洞口上方混凝土板的剪切破坏,承载力降低;洞口补强可显著改善梁的受力性能,提高其承载力.     

无黏结预应力混凝土开洞板的变形研究

通过对2块不开洞和6块开洞无黏结预应力混凝土板的实验,分析了荷载与挠度的关系,通过实测挠度值与计算值相比较,发现实测值大于计算值,分析其原因,主要是板的结构形式、支承梁、开洞及洞口位置等这些因素对挠度产生了影响。     

风荷载作用下集装箱建筑极限高度的研究

利用ABAQUS模拟了集装箱单体竖向叠加所能达到的极限高度,研究表明,在整体不开洞情况下,集装箱建筑单体竖向叠加时所能达到的极限高度为9层,其中横向风荷载(沿宽度方向)对集装箱建筑的影响远超纵向风荷载。     

一大跨度悬挑雨篷的风荷载及开洞比较

对一座将建于强风区的悬挑屋盖(雨篷)结构模型进行了风洞试验,研究了大跨度悬挑屋盖上的风荷载特性。不同工况下屋盖表面的风压分布特性表明,周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的干扰影响。还研究了在顶部开洞情况下屋盖表面的风压分布特性,结果表明开洞后屋盖上的风压有一定程度的降低。     

局部受损低矮房屋平均风压特性试验研究

通过风洞试验对村镇地区常见的带有硬山搁檩的双坡屋面风压规律进行研究,讨论了房屋在完全封闭、门窗洞口打开以及屋面开洞三种情况下的屋面外部、内部平均风压系数在不同方向角下的分布特性。试验结果表明:硬山搁檩双坡屋面在风向角为50°,60°时,外屋面角部易破坏;屋檐下部的风压系数随屋面坡度的改变而改变;门窗开洞时内屋面风压会加大屋面荷载;屋面开洞对降低屋面风荷载起到有利作用。     

单墙开洞对工业厂房平均内外压的影响研究

基于计算流体力学软件FLUENT,对不同洞口高度、洞口宽度及开洞位置的单开洞工业厂房进行了三维风场数值模拟分析,研究了单墙开洞对厂房平均内外压的影响.结果 表明:洞口开敞对建筑外墙的平均风压系数影响较小,仅受洞口影响的分离区覆盖范围内的外墙平均风压系数会略有偏差;单开洞工业厂房的平均内压分布较均匀;当开洞墙体为迎风面且与来流方向垂直时,工业厂房内正压平均值受洞口高度影响较大,随洞口宽度的增加总体呈减小趋势,随洞口偏置程度的增加而减小;当开洞墙体平行于来流方向时,厂房内负压平均值受洞口高度影响小,在洞口宽度较小时与洞口宽度呈反比,随洞口偏置程度的增加而增大.     

混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的试验研究及刚度分析

对9根混凝土翼板开洞的钢-混凝土组合梁进行了试验研究,试件变化的参数主要为洞口的大小及位置。试验表明,根据不同的荷载工况和洞口位置,翼板开洞组合梁有两种不同的破坏形式。针对不同的洞口特征参数,对多种荷载工况下组合梁的刚度进行了研究,得到了考虑滑移效应的混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的刚度计算公式,计算结果与实测值吻合良好,该方法可供设计参考。     

填充墙开洞情况对填充墙-钢框架受力性能影响的研究

通过结构分析软件ANSYS对实体填充墙一铜框架和开洞填充墙一铜框架结构进行非线性分析和结构受力的特性分析，研究开门洞口位置的改变对结构受力性能的影响。结果表明。墙体开洞使结构承载力和刚度下降，在循环荷载作用下，门洞以正中位置的洞口承载力比左、右偏的要略大。     

开洞加劲钢板剪力墙的力学性能研究

针对深圳梅山苑7号楼钢板剪力墙上开洞问题,对开洞闭口加劲钢板剪力墙进行了有限元研究,给出了不同开洞位置和不同开洞率钢板剪力墙荷载-侧移曲线,分析了开洞位置和开洞率对初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的影响.研究表明,中间开洞对钢板剪力墙刚度和极限承载力影响较大,可以采用线性公式计算开洞对钢板剪力墙初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的折减.     

开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究

基于一栋立面上有多个开洞的矩形截面超高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,分析了矩形截面超高层建筑在长边立面上不同开洞工况下建筑各表面平均风压系数和最不利风压系数的变化规律。试验结果表明:当建筑长边迎风时,开洞使得背风面洞口附近的平均风压系数绝对值增大,但迎风面上的平均风压系数变化很小;当建筑短边迎风时,开洞对洞口附近的平均风压系数和最不利正风压系数均只有微弱影响,但对其最不利负风压系数却有很大影响,特别是中部开洞,将使其周围的最不利负风压系数增大一倍以上;开洞对短边立面上的最不利风压系数不产生明显的影响。为有结构开洞的高层建筑洞口附近的围护结构设计提供了参考数据。     

钢—稻草板组合墙体开洞轴压力学性能有限元分析

针对低层冷弯薄壁型钢房屋墙体需要开洞的特点,利用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁C型钢—稻草板组合墙体进行有限元分析,研究包括墙体开洞率、洞口设置过梁情况下开窗洞或开门洞以及开洞高度对组合墙体稳定承载力的影响。研究结果表明,在不设置过梁构造时,开洞率增加到4.76%时,组合墙体的承载力降幅达到了32.3%。开洞位置对墙体承载力无显著影响,在改变开洞高度后,组合墙体承载力降幅明显。     

错列开洞钢筋混凝土剪力墙抗震性能数值模拟

为探究错列开洞剪力墙的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS对错列开洞剪力墙抗震试验进行数值模拟,通过试验结果验证所建立精细化有限元模型的准确性。基于已验证的有限元模型开展参数分析,研究剪跨比、轴压比、开洞率以及有无附加纵筋等参数对错列开洞剪力墙抗震性能的影响。结果表明:不考虑轴压比时,剪跨比较大的剪力墙主要破坏于底部翼缘及墙体; 随着剪跨比的提高,剪力墙的峰值荷载减小,延性提高; 随着轴压比的提高,剪力墙的延性降低,峰值荷载先增加后减小,且峰值荷载的拐点在轴压比为0.2～0.5之间; 剪力墙的峰值荷载和延性随开洞率的提高而降低; 考虑附加纵筋时,若错列开洞剪力墙的开洞率较小且满足规范基本要求时,可以按照无洞口剪力墙计算其承载力; 考虑了附加纵筋影响的错列开洞剪力墙具有较好的承载力和延性,无附加纵筋的错列开洞剪力墙应力集中现象较严重; 开洞率较小时,剪力墙底部是薄弱区域,以剪切破坏为主; 开洞率较大时,剪力墙受到不协调的变形作用而发生破坏。