椭园形双曲抛物面鞍形壳体屋面风压分布系数的实验研究

本文通过模型风洞实验,对椭园形双曲抛物面鞍形壳体屋面的风压分布系数进行了研究。实验是在模拟大气边界层风洞中进行的。根据不同风向作用下屋面风压的实测分布规律,给出了最大风压系数和整个屋面的平均风压系数。在所研究的矢跨比范围内,最大风压系数C_(pm)=-206q,最大平均风压系数(绝对值)(?)_p=-0.82q(q为速压)。实验结果表明,风向对屋面风压分布起着最为重要的作用。     

双曲抛物面鞍形屋面风压分布的实验研究

本文根据双曲抛物面鞍形屋面模型的风洞实验,得到了风压分布系数的初步结果.实验是分别在模拟的大气边界层和均匀流两种流场中进行的.我们根据不同风向作用下屋面风压的实测分布规律,给出了最大风压系数和整个屋面的平均风压系数.另外还就不同矢跨比(F/L=1/10～1/20)的模型进行了实验.由这些实验结果表明,风向对屋面风压分布起着最为重要的作用.在所研究的矢跨比范围内,最大风压系数C_P=-4.6q,最大平均风压系数(绝对值)(?)_p=-0.75q(q 为速压).     

大型体育场屋面风压风洞试验研究

大型体育场悬挑屋面的空气动力特征非常复杂，风洞试验研究十分必要。结合广东奥林匹克体育场屋面的风压风洞试验结果，分析了这种屋面的气流流动和风压分布特点，分析表明：①大型体育场屋面上表面在各个风向角下主要分布为负压；大部分区域负压较小且分布均匀，但在迎风和次迎风的边缘部分负压都较大，上倾角度大且直接迎风的端口边缘负压更大；一些下凹区域时有微弱正压出现。②屋面下表面在迎风的钝体边缘有较大区域正压出现．背风部分分布为不大的均匀负压。     

低矮房屋风场特性的现场实测及数值模拟

为了研究低矮房屋的风荷载特性及风压分布,对一四层办公楼的风场特性进行了现场实测.通过对2016年8月一次大风的实测,收集了相关数据,并进行了分析.数据分析得到了该实测房屋的风荷载特性及风压分布,同时与数值模拟结果进行对比.分析结果表明:实测房屋屋面风压以负压为主,其中角部区域负压最大,边缘部分与屋脊部分相对较小;屋面风压实测值角部区域相对于模拟值较大,而其他部分较模拟值比较偏小,但总体分布情况比较接近.     

典型双坡低矮建筑屋面局部风压非高斯特性研究

针对坡角为18.4°的典型双坡低矮建筑屋面局部风压非高斯特性,在A、B、C 3类地貌下展开了风洞试验研究。主要研究了典型测点风压系数时程概率密度的分布特征,分析了不同地貌类别和不同风向角下风压非高斯区的分布规律,探讨了风压非高斯特性与屋面流场的关系。结果表明:斜风向下,相比Gaussian分布和Lognormal分布,GEV分布和Gamma分布能更好地拟合屋面易损区的风压系数概率分布,但当偏度与峰度较大时,对长拖尾区域的拟合效果较差;地貌类别和风向角对低矮建筑屋面风压非高斯区分布影响显著,斜风向下风压高斯区沿来流方向分成三股区域,且随着地貌类别变化而沿来流方向移动;屋面风压非高斯特性与风压空间互相关性系数呈正相关。     

沈阳综合体育馆大跨封闭屋盖平均风压数值模拟

为验证数值模拟在大跨封闭屋盖平均风压应用的可行性,采用数值模拟的方法对沈阳奥林匹克体育中心综合体育馆屋盖平均风载进行了分析,得到屋面上不同风向下的总升力与平均风压分布.分析了总升力随风向变化的规律性,并将平均风压分布与风洞试验结果进行了对比分析.可看出两种方法在三边有屋檐的屋面上的结果接近,说明数值模拟方法模拟封闲大跨屋盖的平均风压分布可行.通过悬挑边和圆弧边对比,可看出SST K-w湍流物理模型在计算以分离流为主的流场时,精度很好.最后研究了不同形式屋檐屋面上锥涡分布的特点.     

大跨度椭球屋盖结构风压分布的风洞试验和数值模拟

根据九寨沟甘海子国际会议度假中心温泉泳浴中心的风洞试验结果，分析了该结构屋面在风荷载作用下的受力性能.分别采用基于雷诺时均方程的标准k-ε、重正化群（RNG）k-ε、可实现的k-ε和雷诺应力模型（RSM）4种湍流模型对屋面平均风压进行了数值模拟，并将4种湍流模型的模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明，此类大跨度椭球屋面风压分布主要以吸力为主，靠近地面的屋面迎风面和背风面风压为正压.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小，数值方法能够较准确地模拟该类大跨度椭球屋面的风压分布.在定量分析时采用高精度的离散格式可以提高计算精度.     

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.     

正弦波动来流条件下复杂结构建筑表面风压分布

对正弦波动来流条件下三维复杂结构建筑物表面风压分布进行了风洞实验测量和数值模拟研究.通过对风洞动力系统的变频调节,实现了正弦来流的周期和振幅变化.采用Realizable k-ε(模型和SIMPLE算法进行了数值模拟.结果显示:来流的正弦波动对建筑表面的风压分布具有显著的影响,与定常平均来流对比,风压系数变化平均达15%.局部最大值达45%;正弦来流对屋面各测点风压系数的影响程度随正弦来流周期的减小而增大,随来流振幅的增加而增大;受影响较大的测点出现在屋面迎风侧流动分离区.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载大涡模拟

采用大涡模拟方法,研究非稳态雷暴风作用下低矮建筑的风荷载特征,分析下击暴流的不同发展阶段中建筑物所在的径向位置、屋面坡度和风向角等参数对建筑风荷载的影响. 结果表明：下击暴流各发展阶段风荷载效应差异显著,当气流冲击地面后形成的首个环形涡掠过建筑时,建筑表面风荷载最大;当建筑物处于不同径向位置时,环涡经过建筑物形成的瞬态风压与同样位置处稳态射流作用下的风压差异较大;屋面坡度对迎风面风压系数分布影响较小,但对迎风侧屋面风压系数分布的影响非常显著,随着屋面坡度的增大,迎风屋面风压系数由负值逐渐变为正值;建筑物迎风前沿角部区域的风压系数受风向角的影响较为明显,在所测试的工况中,风向角为45°时影响最为显著.     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

Wind tunnel testing of wind pressures on a large gymnasium roof

A wind tunnel test was conducted for a large steel gymnasium structure. Simultaneous pressure measurements were made on its entire ellipsoidal roof in a simulated suburban boundary layer flow field. Special attention is paid to the characteristics of fluctuating wind pressures in different zones on the roof. Some selected results are presented: 1) correlations between fluctuating wind pressures on both roof surfaces, 2) eigenvalues and eigenvectors of covariance matrices of the fluctuating wind pressures, 3) probability distributions of the fluctuating wind pressures, and 4) statistical characteristics of peak factor. Furthermore, the applicability of the quasi-steady approach is discussed in detail. Based on the results, an empirical formula for estimating the minimum pressure coefficients, using a peak factor approach, is presented. Comparison of the minimum pressure coefficients determined by the proposed formula and those obtained from the wind tunnel tests is made to examine the applicability and accuracy of the proposed formula.     

典型拱形壳体风荷载分布规律

进行了2种典型拱形壳体结构刚性模型内外表面同步测压风洞试验,分析了拱形壳体结构体型系数与脉动风压系数的分布规律,比较了底部开口／闭口和两端封闭／开放不同状态对风压分布的影响。结果表明：底部开口与端部条件对结构风压分布影响很大,采用孤面封闭两端可以有效的降低结构端部的风压同时使得结构表面风压分布更加均匀,当底部开口较小时,结构内部的稳定负压可以抵消外表面负压,从而降低了结构承受的风吸力,同时也扩大了结构的正压区并增加了结构表面的风压力。最后给出了该类结构的风荷载建议。     

新型抗风耗能装置在低矮房屋中布置方式的风洞试验研究

针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题,提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式,使耗能装置效用最大化,针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况,通过风洞试验,研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响,并对6种工况进行数值模拟分析,数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究,探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏;在迎风侧屋檐上部,结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响,这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面）,降低幅度可达40%。     

识别复杂屋盖风压场的改进本征正交分解方法

为了提高本征正交分解(POD)方法识别复杂体型屋盖结构且结构表面测点布置不均匀的风压场的精度,提出了改进加权POD方法,采用双加权的手段,以结构上测点风压自根方差和测点面积做为权重.为了避免淡化某个权重的影响,首先将两个权重做了规格化处理.以深圳市民中心的屋盖结构为工程背景,根据风洞试验同步采集的风压数据,来识别作用在结构表面的风压.利用该改进方法,重建了深圳市民中心屋盖结构的随机风压场,对重建的风压时程、均值以及根方差值与实测风压时程、均值以及根方差做了比较,利用本文提出的方法识别典型测点的风压时程均值的最大误差为11.37%、根方差的最大误差为29.3%;而加权POD法识别典型测点的风压时程均值的最大误差超过100%出现了识别错误、根方差的最大误差达到了55.6%.     

CAARC标准高层建筑三维钝体绕流风场数值模拟

基于计算流体力学软件平台Fluent 6.3,选用基于雷诺平均(RANS)的标准κ-ε、Realizable κ-ε、RNG κ-ε和SST κ-ω4种湍流模型对大气边界层中CAARC标模的单栋高层建筑的三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行了比较分析.结果表明:数值模拟较好地反映了高层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况,4种湍流模型均能给出满足工程应用精度的结果.在迎风面时,与试验结果吻合良好;在侧风面和背风面时,数值模拟结果介于NPL与TJ-2试验结果之间.迎风面均受有正压力,在迎风面的2/3高度处为最大,两边及底下最小.建筑物的背风面和侧风面全部承受负压力.4种湍流模型的模拟结果之间差异较小,为高层建筑钝体绕流的研究提供了依据.     

竖向肋条对高层建筑局部覆面风压的影响

为探究竖向肋条对高层建筑局部风压的影响,采用风洞试验方法研究不同肋条布置情况下高层建筑平均风压和脉动风压的分布特性,分析功率谱和POD模态的变化,探究竖向肋条布置后的风压非高斯性分布变化,最后给出不同工况极值风压系数。结果表明：肋条布置后迎风面的平均风压、脉动风压和极值风压均没有差异;而侧面肋条分界线上的前缘区域负压平均值、脉动值和极值风压有所增大,其余区域负压均减小;由POD可知对风场能量贡献最大为横风向气动力,肋条的布置使得一阶主坐标功率谱峰值降低,肋条分界线上的前缘区域位置的模态值增大较多;肋条布置后侧风面的非高斯性测点个数减少,背风面没有明显变化。其中半布和满布工况对局部风压特性造成的差异相差不大,说明中部的肋条对局部风压影响较小。     

拱型波纹屋盖在风与雪作用下的有限元分析

以W666型拱型波纹屋盖为研究对象，对30m跨波纹拱在不同矢跨比，支座边界为固支的条件下进行风荷载、雪荷载作用几何非线性有限元分析？结果表明，波纹拱在风荷载作用下结构的变形是非对称的；在风荷载值相同的情况下，由于半跨雪荷载加在风压一侧，加重了波纹拱迎风面的风荷载，结构变形比全跨雪荷载作用时大，结构承载力相对降低。这些结论为波纹拱的设计、研究和应用提供了一定的参考依据。