大跨度刚性屋盖数值模拟及女儿墙对风压影响分析

为研究不同围护结构对主体结构及自身承受风荷载的影响,对三种不同围护结构体系的平屋盖刚性模型(普通平屋盖、设女儿墙平屋盖和设悬挑平屋盖模型)的风洞试验进行CFD数值模拟,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好,利用建立的CFD数值模拟模型,对三种不同高度女儿墙的平屋盖刚性模型进行数值模拟分析。对不同围护结构的屋面风压分析表明:悬挑部分对主体屋面前缘风压降低效果明显;女儿墙设置可减小屋面迎风前缘与角部区域的负值风压,屋盖后部出现了局部正压。对不同高度女儿墙模型数值模拟表明:女儿墙高度主要影响屋面1/3范围内的风压、角部区域风压及屋面风压梯度,女儿墙越高,女儿墙承受风压越大,在实际工程中应考虑风压对女儿墙的不利影响。     

罩棚结构对低矮建筑局部风载影响规律试验

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角及屋面坡角为变量,针对单体低矮建筑及罩棚与低矮建筑组合而成的罩棚式低矮建筑屋面局部风载展开风洞试验研究,采用风压系数差深入探讨B类地貌下罩棚结构对配套低矮建筑屋面迎风屋沿、屋脊及屋面角部等局部测点风压影响变化规律。结果表明:不同风向下罩棚对低矮建筑迎风屋沿处风压的影响随着屋面坡角的增大而减小,对背风屋面各分区的影响较小。随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域受罩棚影响呈增大趋势。45°斜风向下,平屋面(β=0°)迎风屋沿测点6风压系数变化最大,风压系数差为-2.01。当来流平行于屋沿方向时,罩棚结构对迎风屋沿、屋脊、屋面角部等易损区的风压系数随坡角的变化影响最小。     

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。     

某对称超大跨度火车站屋盖风洞试验研究

通过贵安火车站的风洞试验,对试验数据进行了处理,依据风压系数、体型系数和风振系数等对该类大跨屋盖结构风荷载作用规律进行了分析。结果表明:任意风向角下屋盖顶面各区域基本承受负压,底面有较大正压区;来流方向靠近分离点的屋面前缘及屋盖顶面拐点处压力系数绝对值较大;各区域风振系数变化均匀,竖向位移风振系数具有较好的连续性。     

高压户内直流场建筑屋盖设计体型系数研究

户内直流场建筑属于重要的大跨度结构,几何尺寸变化多样,体型系数的确定是合理结构设计的前提。首先结合风洞试验与CFD数值模拟技术分析户内直流场建筑屋面的风荷载特性,研究了不同长宽比、高跨比下屋盖表面的平均风压系数分布。通过参数分析发现,随着长宽比增大,屋面受到的风吸力增大,而高跨比对屋面风荷载特性的影响则不明显。为了方便工程设计,对户内直流场建筑表面进行分区,给出典型风向角下不同长宽比屋盖的分区体型系数,可供设计提供依据。     

绵竹市体育场风荷载和风环境数值模拟分析

绵竹市体育场的屋盖结构由悬挑钢屋面和落地飘带组成,结构形式较为复杂,使得屋盖表面风荷载分布和体育场风环境明显不同于常规的体育场。文章通过计算流体力学(CFD)对该结构进行了模拟,分析了该结构在不同风向角下的风压系数分布,讨论了屋盖开缝与否对风场的影响,并对体育场行人高度处的风环境进行了模拟评估。     

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.     

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。     

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.     

鱼形屋盖结构风荷载特性的试验研究

以海南石梅湾游艇会所为工程背景,进行了刚性模型同步测压风洞试验,研究了单体建筑与两栋建筑有相互干扰影响时的鱼形屋盖屋面平均与脉动风压系数、屋盖局部体型系数以及屋盖整体升力系数分布特性,并进行了详细的对比分析研究.研究结果表明:屋盖表面主要呈现负风压(风吸力),在迎风屋檐气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;当来流顺沿尾部贯通的连廊吹来时,增强的气流对屋盖下表面产生向下的吸力,且这股吸力要大于上表面向上的吸力,屋盖上下表面风压叠加后使该处屋面呈现一定的正风压;干扰建筑的存在对屋面全风向局部体型系数和屋盖整体升力系数有一定的遮挡效应.所得结论对复杂体型屋盖结构的抗风设计具有参考价值.     

大跨悬挑屋盖风压数值模拟及减风措施

运用计算流体动力学(CFD)方法进行了屋盖表面风荷载数值模拟,并与风洞试验结果进行了对比。在此基础上对加设女儿墙后的屋盖进行了CFD建模与计算,结果显示加设女儿墙可有效降低屋盖悬挑部分的最大风压和弯矩,并使屋盖上表面风压均匀化,可改善屋盖结构的受力状态。     

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。     

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。     

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.     

外形几何参数对低矮建筑双坡屋盖升力系数极值的影响

对一系列低矮建筑双坡屋盖的刚性模型测压风洞试验数据进行了处理,研究了屋盖升力系数极值的特征,讨论了最不利屋盖升力系数随建筑外形几何参数的变化规律。研究结果表明,屋盖坡角的变化对最不利屋盖升力系数有重要影响：对高宽比相同的低矮建筑,屋面最大升力系数随屋盖坡角增大而减小,且建筑的厚宽比越大,这种趋势越剧烈;最不利屋盖升力系数随着建筑高宽比的增大而增大,但这种增大的趋势随着屋盖坡角的增大而减小。基于这些数据,用多参数最小二乘法将最不利屋盖升力系数拟合成了屋盖坡角、建筑高宽比和厚宽比的函数形式,并对拟合函数进行了误差分析。所得结论及拟合公式可为低矮建筑的结构设计及相关荷载规范的制订和修改提供参考。     

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%。     

基于广义回归神经网络的大跨度球面屋盖风荷载预测及其应用

大跨度屋盖结构脉动风荷载特性复杂,一般需要通过风洞试验确定。典型屋盖的风洞试验数据的积累为相似体型屋盖结构风荷载取值提供了依据。为拓展典型屋盖风洞试验数据的应用范围,基于广义回归神经网络,结合典型球面屋盖系列风洞试验建立了大跨度球面屋盖的风荷载预测模型。其中,风荷载由平均风压系数、脉动风压系数、偏度、峰度、3个自功率谱密度参数(包括高频段衰减斜率、无量纲谱峰值和无量纲峰值频率)以及互功率谱密度相干指数8个特征参数描述。通过交叉验证和试算确定了广义回归神经网络模型中的平滑因子取值。以安庆电厂球面网壳结构为例进行了风荷载预测,通过对比预测风荷载与风洞试验得到的风振分析结果,验证了预测方法的可行性。     

椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟

现行<建筑结构荷载规范>并未给出椭圆形平面鞍形屋盖的风荷载体型系数,针对这个问题,基于数值风洞方法具有成本低,速度快,结果采集更为全面等显著优点,利用 CFD 知识,运用 FLUENT 软件,对椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压力系数进行了数值模拟,重点讨论了风向角对数值模拟结果的影响,为合理确定椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压...