伞形组合膜结构风荷载分布特性分析

膜结构对风荷载极为敏感,抗风设计在膜结构设计中成为至关重要的环节.本文针对常见的双伞和四伞组合膜结构进行风压分布特性分析,研究组合膜结构的风压分布规律.首先对某实际膜结构罩棚进行数值模拟和风洞试验,通过对比所得数据,验证了数值模拟方法是可靠的;其次采用SSTk-ω模型,对伞形组合膜结构周围绕流风场做数值分析,探究在风荷载作用下伞形组合膜结构表面风压分布特性.研究发现,组合膜结构的正压区位置在风向角不同时有差别,在设计时应注意风向角对组合膜结构膜面风压正负分区的影响及角点部位的膜面处理,并给出风荷载体型系数取值建议.     

伞形膜结构风荷载分布特性的数值模拟研究

本文运用CFD技术进行了伞形膜结构刚性模型绕流风场的数值模拟,分析了其表面风荷载分布特性.数值模拟依托CFX软件平台,基于雷诺平均模拟(RANS)方法进行.文中利用CFD数值模拟技术可较方便变化各种参数、能同时提供开敞式膜结构的上、下表面风压分布等优势,分析了风向角、矢跨比对伞形膜面风荷载分布的影响,总结了其风压分布规律,并给出了相应的膜面风压系数分布图供工程设计参考.     

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.     

半月拱形大跨度屋盖的风荷载干扰效应研究

以某半月拱形大跨度屋盖体育场为背景,采用刚性模型的风洞试验和上、下表面同时测压技术,对该体育场屋盖上、下表面的风荷载进行了研究。通过在屋盖上、下表面布置测点,获得不同风向角时屋盖上、下表面各测点的风压系数。对比分析了在有、无上游建筑物遮挡时屋盖表面的综合风压,以及上游建筑物对该体育场屋盖上、下表面风压的影响。研究结果表明:体育场屋盖的风荷载主要以向上的风吸力为主,屋盖迎风支座处正压较大,最大风压系数达1.4,悬挑处负压较大,最大负风压系数达-2.0。在不同风向角下,上游建筑物对屋盖表面风荷载的干扰效应有所不同,在60°风向角下,干扰效应最为明显。     

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。     

阳台对低矮房屋表面风荷载影响的数值模拟研究

采用大涡模拟(LES)方法,以长宽高之比为1.0∶1.0∶0.5的平屋盖建筑为对象,在建筑立面上引入阳台后,对不同风向角下模型表面的风荷载进行了数值模拟计算。通过与风洞试验结果的对比发现,大涡模拟能较好地预测建筑物表面的风压分布。在此基础上,重点探讨了不同风向角下立面阳台对建筑物表面风压和绕流风场的影响,同时考虑了不同来流风场条件的变化对阳台作用效应的影响。研究结果表明,立面阳台的引入会明显改变气流在建筑表面的分离、再附着形式,使得表面风压沿高度方向上的分布发生变化;引起的变化主要集中在建筑物的迎风面,特别是在迎风面最上面一排阳台及其以上区域;随着来流风向角的增加,阳台对建筑迎风面上风压的影响逐渐加大。     

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。     

罩棚影响低矮建筑局部极值风压试验研究

采用缩尺比为1∶20风洞试验刚性模型,以风向角和屋面坡角为变量,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的屋面局部极值风压展开风洞试验研究,深入探讨罩棚结构对与之配套的低矮建筑屋面迎风屋檐、屋脊及角部局部测点极值风压系数差的影响。结果表明:在垂直屋脊来流风向(风向角0°)下罩棚对低矮建筑迎风屋檐处测点极小值风压系数差的影响随着屋面坡角的增大而减小;随着风向角的改变,迎风屋面靠山墙边缘及角部区域测点极大值、极小值风压系数差受罩棚的影响增大,且45°风向角下达到最大;当来流风向平行于屋檐方向(风向角90°)时,随着屋面坡角的变化,罩棚结构对低矮房屋迎风屋檐、屋脊、角部等局部易损区测点极大值、极小值风压系数差的影响最小。屋面坡角为45°时,随着风向角的改变,屋面局部测点极小值风压系数差受罩棚的影响较其他屋面坡角的小。     

营口市奥体中心体育场风压分布及风环境的数值模拟研究

基于CFX10.0软件及LINUX大型并行服务器操作平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω,模型对营口市奥体中心体育场屋盖进行了风压分布及风环境的数值模拟,得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数,并分析了屋面的风压、湍动能分布特性,比较了屋盖在各风向角下总升力,得出了最不利风向角和分区风载体型系数,同时给出了双屋盖、仅ROOF1、仅ROOF2等三种计算模型时屋盖表面的风压分布.通过分析可以得到,随着区域位置的变化.体型系数值有很大不同,且其对风向角的敏感程度也不同;位于上游风场的屋盖和下部建筑(看台)的存在对体育场内流场及下游风场屋盖表面风压分布有很大的影响.     

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。     

实尺TTU建筑风荷载的数值模拟研究

采用realizable k-ε模型和Menter-Lechner近壁面处理方式对实尺TTU建筑的风荷载进行了数值模拟研究,将计算结果与场地实测及风洞试验数据进行了对比,并分析了建筑表面风压分布规律和周围流场结构。结果表明,数值模拟较好地反映了低矮建筑的风荷载特征,建筑边缘网格的适度加密获得了精细的数值计算结果;不同风向角下TTU建筑表面的最高负压出现在屋面的迎风屋角区域;与垂直来流相比,斜向来流对建筑抗风更为不利。研究结果可以为低矮房屋抗风设计提供依据。     

高层建筑风荷载特性数值模拟研究

为研究某超高层双塔结构风荷载特性,采用数值模拟技术对建筑周围流场、建筑表面风压分布以及风荷载体形系数进行了详细研究。结果表明,在建筑角部流场风速加速效应明显,双塔结构角部存在较大的负风压,层风荷载体型系数受风向角影响较大,被遮挡的塔楼整体层风荷载体型系数较小。数值模拟可以给出建筑风荷载及附近流场特征,为建筑结构设计提出合理建议。     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。     

平面L形低矮房屋平均风压分布特性数值模拟

基于大气边界层基本理论和流体动力学基本原理,采用FLUENT软件对平面L形低矮房屋风压分布特性进行了数值模拟研究。将数值计算结果与风洞试验结果对比分析,结果吻合良好,表明数值模拟方法是合理可行的。通过数值模拟,详细分析了风向角、屋面坡度、房屋翼长、檐口高度和屋面形式等参数对平面L形低矮房屋外表面平均风压系数分布规律及体型系数的影响。结果表明:风向角与屋面坡度是影响屋面的风压系数分布与体型系数的最主要因素;最不利负压的位置随风向角的改变而不断变化,但往往出现在迎风屋面屋脊及屋檐区域;迎风屋面最不利负压随屋面坡度的增加逐渐减小,背风屋面风压系数分布相对均匀;四坡屋面阳屋脊较多,其背风区往往形成高负压区,这些区域更容易遭受风灾破坏。     

低矮房屋屋面局部平均风压数值模拟与分析

为获得低矮房屋屋面局部平均风压的分布规律,将体型比为1.5∶1∶1的低矮房屋屋面划分成若干典型区域并进行数值模拟研究。数值模拟结果与风洞试验结果对比表明,采用两种研究手段分析的结果吻合较好,从而验证了数值模拟技术在分析低矮房屋表面风压的可靠性。基于数值模拟,分析了七类不同屋面坡角低矮房屋在典型风向角下屋面局部区域平均风压的分布规律。结果表明:屋面局部平均风压随风向角改变而变化明显,且表现出一定的规律性;0°风向角下,靠山墙B,E区域形成局部高吸力区;60°风向角下,迎风屋檐A区及屋角J区测点平均风压系数随坡角的增大有明显递减趋势,屋脊C,D区测点平均风压系数随坡角的增大呈现出先增大后递减的趋势;90°风向角下,迎风屋檐A区及屋角J区各测点平均风压在45°坡角时均为正压。研究结果可为我国沿海多发台风地区低矮房屋的抗台风设计提供依据。     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

低层四坡屋面风荷载数值模拟

结合低层建筑风荷载特性研究现状,采用流体力学软件Fluent14.5,对几何尺寸为24 m×16 m×4 m的低层四坡屋面房屋模型的风压分布规律进行数值模拟研究,最终选取变化规律与东京工艺大学风洞试验结果较吻合的重整化群k-e湍流模型进行后续研究。在此基础上,深入研究了不同风向角下低层四坡屋面坡角、风向角以及相邻房屋风致干扰对风压分布规律的影响,根据各工况下风压系数的变化,总结各因素影响规律得出:(1)较高的负平均风压系数总是出现在迎风方向的气流分离面附近,在斜风向角下,屋面屋脊局部最大风压达到极值;(2)相邻建筑干扰产生的遮挡效应和狭缝效应会使屋面风压产生复杂变化,设计时应考虑这种影响。     

四面坡顶轻钢空旷结构表面风压数值模拟

采用基于CFD的数值模拟技术和RNG k-ε湍流模型对一四面坡顶轻钢空旷结构进行了静力风荷载数值模拟,主要考虑了风向角的变化,得到了结构表面的风压分布,并进行了对比分析.该结构表面风压分布不均匀,局部风压较大;风向角对结构表面风压分布具有一定影响.最后,根据分析结果提出了该类结构表面风压的分区方法.     

典型张拉膜结构风压分布特性数值分析

为研究典型张拉膜结构在风荷载作用下的受力特点,对鞍形、伞形、双跨脊谷式及拱支式4种张拉膜结构进行了系统的数值分析。基于雷诺时均法的k-kl-ω湍流模型对某一鞍形膜结构进行了数值分析,并将其结果与试验结果进行对比分析,验证了采用数值方法的准确性。对4种张拉膜结构进行数值模拟,分析了风向角、矢跨比、跨高比及跨度对结构平均风压分布的影响规律。结果表明:风向角对风压分布的影响最大,不同风向角下膜面最大风吸力出现的位置也不同,说明气流在屋盖前缘产生的漩涡脱落作用是影响屋面风荷载特性的主要因素;矢跨比的影响次之,迎风前缘的风压变化明显,其余区域变化较小。根据4种张拉膜结构的结构型式及风压分布特点将屋面分区,并依据本文的数值模拟结果给出了屋面各区域的风载体型系数,以期为工程设计提供参考。     

北京当代MOMA风载及风环境数值模拟研究

根据计算流体动力学(CFD)的基本原理,基于计算流体力学软件Fluent平台,对当代MOMA工程的建筑群进行数值风洞模拟.获得12个不同风向下建筑物表面风压分布参数和建筑群区域不同高度的风环境参数.结果表明,建筑群的互相干扰既会影响建筑物表面的风压分布,又对不同区域的风向和风速有重要影响.来流上游建筑物的阻挡,会造成下游建筑物迎风表面压力值的减少,局部的风速加剧又会加大周围建筑物表面压力值;在产生流动分离和涡脱落的区域风速较高,而背风区域的风向与来流风向有较大差异.数值模拟获得的结果为建筑群的优化设计提供了重要参考.