数值风洞在大跨屋盖结构风荷载确定中的应用

运用计算流体力学数值模拟技术对大跨屋盖结构表面风荷载进行了研究。对平屋面和曲面屋面表面风压分布进行了数值模拟。在此基础上,对大庆石油学院体育馆屋盖表面进行了风洞试验和数值模拟的对比研究,并对大射电望远镜FAST反射面的风压分布及其周围流场进行了数值模拟,为该工程的结构抗风设计提供了参考。     

ADINA在体育馆屋盖表面风压分布研究中的应用

对大型体育馆类建筑屋盖风压分布进行了风洞试验及AD INA有限元数值仿真模拟分析,得出大跨屋盖风压分布的规律及特点。     

厦门市文化艺术中心综合楼屋顶膜结构风压数值模拟

大跨屋盖结构形体多为复杂曲面,荷载规范的规定往往不能满足设计需求,风荷载的确定需借助于其他手段,而CFD数值模拟是近年来兴起的一种风荷载研究手段．本文基于FLUENT平台,对厦门文化艺术中心共享综合楼屋顶膜结构进行了数值风洞试验研究,湍流模型采用雷诺应力（RSM）模型．数值模拟结果表明,膜结构表面风压分布与其表面形状密切相关,在曲率变化大的局部区域风压变化也很剧烈,在设计时需引起相当重视．同时结合屋盖周围的流场特点,对屋盖表面平均风压的分布规律进行了分析,并根据不同风向下风压分布特性对膜结构表面进行了分区,并给出可供工程设计参考的分区风载体型系数．基于以上工作,说明CFD数值模拟为复杂工程提供辅助设计信息是可行的．     

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。     

大跨度复杂屋盖结构风荷载的大涡模拟

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(Discretizing and Synthesizing Random Flow Generation)[1]模拟风场实际的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)的亚格子模型[2],基于Linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,对深圳新火车站进行了数值风洞模拟。并将屋盖的平均风压、脉动风压计算结果与风洞试验数据进行了比较,表明数值模拟很好地反映了大跨度屋盖表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合。表明本文的DSRFG方法以及新的大涡模拟亚格子模型的数值模拟技术是一种很好的预测大型、复杂结构表面风荷载的有效方法。并为进一步发展在复杂湍流环境下大跨度屋盖结构的风荷载数值风洞技术提供参考。     

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。     

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.     

上海铁路南站屋盖表面风压特性试验研究

对上海铁路南站结构模型进行了风洞试验,分析了该结构屋盖表面平均及脉动风压的分布规律,对比了两者的异同并指出造成这种差别的原因,比较了这一大跨度屋盖结构在无周边建筑和有周边建筑情况下屋面的风压分布特性。将极值风压系数与平均风压系数进行了比较,最后分析了屋盖表面测点风压自功率谱及互功率谱的特性。     

武汉体育中心体育馆表面风压的风洞试验研究

介绍了武汉体育中心体育馆风洞试验模拟方法和试验结果,讨论了不同风向角下屋盖表面风压的分布,并得出风荷载的分布规律。在考虑了上游有建筑物影响的情况后,分析了周围建筑对屋盖表面风压的干扰效应。围护结构的设计风压分别由我国规范和基于随机振动理论的标准方法计算所得,通过两种方法的比较,得到了若干结论。     

球面网壳风压分布特性的数值模拟研究

基于Reynolds时均Navier-Stokes方程,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对球面网壳结构在不同工况下的屋盖风压进行了数值模拟计算。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,基于数值模拟方法研究不同矢跨比时球面网壳屋盖体型系数分布情况。结果表明:随着矢跨比的增加,屋面顶部风吸力峰值增大,而迎风面与背风面风吸力减小,且逐渐变为正压力。研究结果可为该类屋盖的抗风设计提供参考。     

上海铁路南站平均风荷载的风洞试验和数值模拟

介绍了上海铁路南站模型风洞试验和风荷载数值模拟的主要结果。通过风洞试验,给出了这一大跨度屋盖结构在无周边建筑和有周边建筑情况下屋面的风压分布特性。总的来说,挑篷迎风前缘有较大的负压,且梯度较大;前缘中部压力系数接近零;屋盖顶部又呈现负压状态;屋盖背风处一般是正压。同时,基于CFX5.5软件平台,利用RSM湍流模型,对屋盖上的平均风压进行了数值模拟,并将计算结果与测压模型风洞试验数据进行了对比。对比结果显示两者较为吻合。此外,通过降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响。数值模拟表明,降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载。     

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。     

湍流边界层中低矮建筑绕流大涡模拟

通过对平板湍流边界层进行大涡模拟,采用拟周期边界条件维持湍流边界层厚度稳定,提取速度和压力时程作为低矮建筑绕流模拟之脉动入流边界条件,研究脉动入流下的低矮建筑绕流特性。研究结果表明：入流边界特性对网格变化适应性良好,其平均速度剖面、湍流强度、流速频谱特性基本符合空旷地貌风场特性;脉动入流下,建筑表面的平均风压系数、脉动风压系数的计算结果与风洞试验结果基本吻合。受雷诺数及湍流强度的影响,流动分离区负压与试验值存在一定差别;屋盖上分离区风压时程具有非高斯概率特性,尤以气流分离较剧烈的屋盖迎风边缘及屋盖两侧风压的非高斯特性明显,该特征与风洞试验基本一致;受非高斯特性的影响,建议峰值因子g取4.5~5.5。     

复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟

基于Fluent 6.1软件平台,将Realizablek-ε模型与非平衡壁面函数搭配使用,对位于海岛强台风地区的某海洋文化中心屋盖风压分布进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,同时也对该建筑进行了风洞试验。模拟结果与风洞试验数据的对比显示数值模拟可较准确地反映实际风压。风洞试验和数值模拟均显示悬挑屋盖受到了很大的吸力,对屋盖结构极为不利,对此问题采取在屋盖悬挑部分开洞的减压措施,以改善屋盖悬挑部分的受风特性。对开洞后的建筑进行了CFD建模与计算,结果表明在屋面前缘开洞可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和所受的竖向升力,大大改善屋盖结构的受力状态。     

复杂体型大跨屋盖风荷载特性研究

结合深圳市民中心风洞试验结果,分析了复杂体型大跨屋盖的平均风压及均方根风压分布特性,结果表明:风吹经屋盖上翘角部时由于流线分离所产生的漩涡,导致屋盖角部的平均风压和极值风压都远大于屋盖中部。同时还给出屋盖表面典型测点的三维功率谱,结果表明:屋盖测点风压的能量基本集中在迎风状态的低频部分,尾流和高频部分的风压能量较小。     

大跨屋盖结构风压分布特性的模糊神经网络预测

针对影响大跨屋盖结构风荷载分布特征的诸多复杂因素,并结合深圳会议展览中心风洞试验项目的研究,本文应用模糊神经网络方法,成功地预测了大跨屋盖结构的风压分布特性。研究结果表明,采用该方法可以综合考虑各种因素的影响,并十分有效、简捷地处理常规方法难以解决的问题,进一步的应用表明这种方法可以用于其它类型建筑物风洞试验的数据处理和风压分布预测。     

大跨体育场馆建筑群风干扰效应数值模拟研究

基于CFX10.0软件,采用SST k-ω湍流物理模型,对闽南某大跨体育场馆屋盖结构的风荷载进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验数据进行了对比,对比结果显示两者基本吻合,说明了数值模拟在大跨建筑群屋盖结构应用中的可行性;探讨不同相对位置风干扰效应对一场一馆大跨屋盖风荷载的影响,分析一场一馆之间的风致干扰机理,干扰体之间位置关系与形状很大程度上影响了建筑物实际平均风压,干扰因子主要在-4～2之间分布。     

局部构造对月牙形凸屋盖风荷载影响的研究

对一月牙形曲壳凸屋盖结构在改变局部构造(边缘增设下翻沿、角部开格栅形孔洞)前、后的风压分布进行了CFD(计算流体动力学)数值模拟分析,对构造改变后的屋盖进行了表面风压的风洞模型试验.结果显示,下翻沿使背风屋盖下表面的风压趋于均匀,风压数值降低,但下翻沿会使屋盖迎风前角小范围内的风压数值趋于增大;角部开孔对包括开孔部位在内的屋面风压分布影响不大,但减小了屋盖角部的有效受风面积.将数值模拟结果与风洞试验结果比较后发现,屋盖上表面的风压计算值与风洞试验值吻合良好,但下表面的风压分布有一定的差异.     

台风风场作用下体育场罩棚风压分布风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验研究了台风风场高湍流、强变异性等特征对大跨结构风压分布特性的影响。以某体育场罩棚为原型制作1∶300刚性模型,进行了常规B类风场和台风风场作用下的测压对比试验。基于试验数据,从测点风压和总体升力角度对两类风场作用下体育场罩棚结构的风压分布总体特性进行了分析,重点比较了典型测点在典型风向角下的风压分布规律及相互关系。结果表明：两类风场作用下平均风压的分布规律基本类似,但各风向角下台风风场中的屋盖总体升力比B类风场增大8%~25%;台风风场的高湍流特性导致基于极值负风压求得的各风向角下屋盖总体升力比B类风场大27%~46%,各测点的极值风压均明显高于常规B类风场作用下的对应值,比值约为1.13~1.70,因此对于台风多发地区的大型体育场屋盖设计,必须考虑台风风场高湍流所致的脉动风压增大效应。     

平滑流场内半圆球形大跨屋盖非定常绕流大涡模拟

基于Fluent软件平台,进行了平滑流场内不同雷诺数情况下半圆球形屋盖结构非定常绕流大涡模拟计算。数值模拟中,以来流平均风速和半圆球屋盖直径定义的3个雷诺数Re为6.6×10~4、3.0×10~5和2.0×10~6。将数值模拟所得屋盖表面平均和脉动风压与已有文献风洞试验结果进行对比,验证了文中数值模拟结果的有效性,并分析了不同大涡模拟参数对数值模拟结果的影响。比较分析了3个雷诺数下半圆球形屋盖结构周围的平均流场和瞬态涡结构分布规律,研究半圆球屋盖结构风荷载的形成机理。结果表明:在保证第1层网格到壁面的无量纲距离y~+≤5.0情况下,进一步加密网格对屋盖表面风压分布影响不明显,而亚格子模型对屋盖表面风压分布影响显著。随着雷诺数的增加,屋盖表面流动分离点逐渐下移,地面上的流动再附点则逐渐前移,上游回流区和下游分离泡均逐渐变小;屋盖表面流动分离区剪切涡形状随雷诺数的增大逐渐变得不规则。