上海世博会西班牙馆表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对处于设计方案阶段的上海世博会西班牙馆的表面风压及其周围风流场进行了计算分析,获得了该复杂体型建筑与典型规则钝体建筑所不同的风压、风荷载体型系数分布特性及周围风流场分布特点。在对不同风向角下的风压、风荷载体型系数分布规律的分析基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利区域的风压系数和风荷载体型系数分布曲线,为结构抗风设计参数的确定提出合理建议和依据。     

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。     

盐城体育馆风荷载体型系数及风振系数的试验分析

为分析风荷载对盐城体育馆网壳结构的影响,提出了测压模型风洞试验的方法。将体育馆整体结构分为典型特征12块,通过试验得到不同风向角下各结构分块的体型系数,并采用风振响应数值分析得到了各分块各风向角下的风振系数。结合建筑结构荷载规范,考虑风振系数后的风荷载可用于建筑结构设计。     

特高压多回路钢管塔体型系数风洞试验研究

输电线路杆塔是一类典型的风敏感结构,准确估计输电塔上的风荷载显得尤为重要。体型系数是计算输电塔风荷载的重要参数,通过应用高频测力天平技术,以某1 000 k V输电线路为工程背景,设计制作了塔身和横担的刚性节段模型并进行了风洞试验,得到了作用在塔身和横担上的风荷载体型系数,并将试验结果与国内外相应的荷载设计标准进行比较,研究了角度风荷载的分配问题。研究结果表明:15°和75°是输电塔塔身的最不利风向角; 85°～90°是横担的最不利风向角。试验得到的塔身的体型系数比相应的荷载设计标准给出的值小,横担的试验值与国外相应的荷载设计标准值较接近,但比我国的大。因此,建议我国相应的荷载设计标准在计算角度风荷载时,适当放大横担的体型系数,并重新考虑最不利风向角的选取。     

弧形内凹连续坡屋面风压特性的数值模拟

基于窄带叠加法(NSRFG)入口脉动风速生成方法,对石家庄国际会展中心D展厅的非定常绕流风场进行大涡模拟(LES)研究,得到其弧形内凹连续坡屋面的瞬态风压时程,在此基础上研究此类屋面的风荷载分布特性并分析风向角变化对体型系数的影响.结果表明,突出屋面的天窗对风压分布影响显著;规范中封闭式锯齿形屋面的体型系数可用于该弧形内凹连续坡屋面90°风向角下的风荷载估计,但其他风向角下的屋面风压更不利.     

大跨单层球面网壳的风振系数及其参数分析

本文针对某工程的单层网壳结构方案,采用其风洞试验数据,通过有限元方法在时域内进行三维风振分析,获得了钢网壳24个风向角下的竖向风振系数值,并通过对试验数据和计算结果的分析,确定了风荷载的不利风向角。同时考虑到钢网壳在风荷载作用下,不仅产生竖向风振,并且存在水平向风振,计算了不利风向角下的顺风向和横风向风振系数。进一步进行了该网壳结构在各种参数工况下风振系数的参数影响分析。结果表明:风振系数随风向角变化敏感,在抗风设计时应该考虑到这一规律;斜杆的使用大大减小了单层球面网壳的风振系数值;边界约束条件对风振系数的影响不大;结构阻尼比对竖向风振影响比水平风振响应更明显,阻尼比增大,风振系数有一定程度的减小。这些结论可为单层网壳结构抗风设计、防灾分析提供借鉴。     

复杂塔冠对双塔高层建筑风压特性影响的试验研究

利用同步测压风洞试验方法,研究了3种典型风向角下圆角三角形截面双塔高层建筑顶部的花瓣形塔冠对建筑表面风压分布特性和风致响应的影响。基于试验数据,对建筑平均风压和极值风压等值线、整体体型系数、风荷载功率谱密度曲线以及基底合力(矩)进行了分析和比较。结果显示,复杂塔冠在整体上抬高了建筑顶部的风致绕流,使得部分风向角下建筑顶部附近的风压出现增大趋势;塔冠的存在同时使各楼层阻力和升力系数增大,且越靠近顶部增幅越明显;当风向沿着双塔形心连线方向时,由上游塔楼漩涡脱落形成的尾流激振现象十分显著,从而使得该风向角下的峰值加速度和横风向等效静力风荷载均达到最大,而塔冠的存在可能改变横风向风荷载的频谱特性,对于文中研究的双塔高层建筑,塔冠使得涡漩脱落频率略向低频转移,故使相应的峰值加速度和等效静力风荷载有所降低。     

基于测力天平风洞试验的大跨封闭式输煤栈桥风荷载分析

大跨、高柔结构对风荷载非常敏感,针对此类结构风效应的研究是非常有必要的。基于高频测力天平节段模型风洞试验,测得不同风向角下,封闭式输煤栈桥各典型支撑塔柱及栈桥桥面两个水平向的基底弯矩和剪力。并通过模型基底力平均值计算并分析了各典型支撑塔柱及栈桥桥面体型系数,得到了体型系数随风向角的变化规律。将体型系数试验值与规范值比较,结果表明二者吻合较好,验证了本试验的可靠性,也说明按照规范进行输煤栈桥抗风设计是合理的。分析了周边建筑物对输煤栈桥风荷载的干扰效应,提出了干扰修正系数,为该建筑物基底弯矩和剪力验算以及结构抗风设计提供依据。     

北京中关村软件广场“光盘”风洞试验研究

北京中关村软件园“光盘”结构造型独特,对风荷载比较敏感,规范没有给出其设计风荷载取值。采用刚性测压模型对单独的“光盘”体及“光盘”与周围建筑的组合体进行了风洞试验,考虑高度换算系数和体型系数,对“光盘”结构的风荷载特性进行了探讨,结果表明,在结构设计中应该充分考虑风荷载的实际分布,应对多种风向角对应的风荷载分别进行整体结构分析。     

超高层建筑结构抗风性能研究

针对按规范公式计算得到的超高层建筑结构风致振动不尽合理的问题,以西安环球贸易中心超高层建筑为工程背景,首先通过风洞试验测得各楼层的风荷载,再利用ANSYS参数化设计语言编制了能够精确求解超高层建筑风振系数及等效静风荷载的程序,进而对超高层建筑的抗风性能进行研究。结果表明:当风向角接近90°时,结构中部出现了极值位移风振系数,且其迎风面顺风向的变形和内力都达到了最大值,横风向的变形和内力则最小;当风向角为20°~70°时,位移风振系数随着楼层的增高而增加,其峰值出现在顶层;随着风向角的变化,结构扭转加速度峰值在各区间都是先减小后增大,特别是风向角呈45°左右时,结构扭转变形和基底扭矩达到了最大值;提出的将风洞试验与有限元分析相结合的新方法可为同类工程的抗风设计提供参考。     

无锡蠡湖科技大厦表面风荷载研究

无锡蠡湖科技大厦刚性模型的风洞试验测量了模型表面的平均和脉动风压,给出了不同风向角下各测点的平均风压系数和体型系数。讨论了风场和风向角对平均风压系数和体型系数的影响,以及两个正方形截面塔楼的相互气动干扰影响特点,得到双塔高层建筑中各单塔楼的总体体型系数大于单体建筑的结论。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

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。     

平面T形低矮房屋风荷载特性风洞试验与数值分析

对复杂体型的平面T形低矮双坡屋面房屋的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到了屋面风压系数以及各屋面体型系数的变化规律;采用计算流体力学软件FLUENT建立了数值风洞模型,在数值分析结果与风洞试验结果吻合良好的基础上,对影响屋面平均风压系数及体型系数的风攻角、屋面坡角、檐口高度、房屋几何尺寸和屋面形式等参数进行了详细分析。结果表明:屋面坡角和风攻角对屋面风压系数的影响显著;在不同风攻角作用下,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;四坡屋面坡角为30°时屋脊背风区域易形成较大负压,局部更易遭受破坏。     

四川稻城亚丁机场航站楼风洞试验研究

四川稻城亚丁机场航站楼造型独特,处于高海拔地区,对风荷载作用较为敏感。现采用1∶100的刚性测压模型进行风洞试验,取得了24个风向角下结构表面测压点的分区体型系数、平均风压系数和位移风振系数,并详细研究了不同风向角下位移风振系数和风荷载分布的变化规律。结果表明:在任意风向角下,结构各区域的平均风压系数大多为负值,风荷载以负压为主;结构的位移风振系数较稳定,只有顶盖中心等区域,平均风压系数和位移风振系数均较大,其等效风荷载较大,需进行受力校核。     

锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

风压沿建筑物横向变化对规则巨型框架结构变形的影响

大量风洞试验研究表明,风压沿建筑物横向的变化非常明显,呈抛物线形状分布,而现行的GB50009-2001<建筑结构荷载规范>对风荷载平均风压取值的简化计算标准,并未考虑这一影响.在风洞试验的基础上,通过对试验数据的数值分析和拟合,得出了风压系数沿建筑物横向变化的简化计算公式.算例研究表明,风压沿建筑物表面位置的横向变化对规则巨型框架结构变形的影响较大,在设计中应予以考虑.     

外凸式矩形高层建筑风压研究

针对外凸式矩形高层建筑结构外形复杂且其风荷载值无法通过建筑荷载规范直接获得的情况,以丝绸之路世界贸易中心外凸式矩形高层建筑为研究对象,通过风洞试验获得其风荷载值,并与规范给出的矩形结构体型系数进行对比,总结外凸式矩形建筑结构风荷载规律。基于Fluent软件,选用不同湍流模型,对外凸式矩形高层建筑进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验结果进行比较,验证数值模拟方法的可行性。结果表明:该高层建筑迎风面的体型系数与规范接近; 背风面底部区域的体型系数比规范值大约70%,其他区域与规范值接近; 侧面体型系数均大于规范值,且最大负压出现在侧面; 对于外凸式矩形高层建筑结构,外凸结构风压较相邻区域增大,凹进结构的风压较相邻区域减小; 体型系数沿高度方向变化较大,凸出结构为迎风面时,其下方相邻区域体型系数比规范值小近50%; 数值计算结果与试验数据整体趋势基本一致; Realizable k-ε模型的数值模拟结果要优于Standard k-ε模型; 对于矩形高层建筑,凸出结构为迎风面时,其相邻上部区域和背风面下部区域风荷载不仅受凸出结构的影响,而且还受到凸出结构宽度的影响,其对体型系数的影响幅度为±20%之间。