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。     

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。     

基于流固耦合的屋盖空间结构气弹模型数值风洞模拟

为研究烟台潮水机场主屋盖钢结构在风荷载作用下的真实风致响应并探索气弹模型与刚性模型体型系数计算结果的差异,开展了基于流固耦合技术以及ADINA软件的屋盖空间钢结构气弹模型数值风洞模拟。介绍了数值风场在屋盖结构附近的风场流线图;计算了气弹模型在数值风场中的变形云图与最大位移数据;基于流固耦合分析所得的结构风致响应研究了主屋盖风振系数取值;比较了气弹模型与刚性屋盖模型在屋盖表皮主要节点处体型系数计算数值的差异。研究表明:基于流固耦合的数值风洞模拟技术有助于更直接地把握结构真实风致响应规律;在主体结构刚度不同时,体型系数的计算取值将有一定的差异。     

长悬挑圆弧形大跨屋盖结构风荷载特性研究

对青海花土沟机场航站楼长悬挑圆弧形大跨钢屋盖的风荷载特性进行风洞试验研究。基于计算流体力学软件Fluent 6.3,选用RNGκ-ε湍流模型对屋盖结构的平均风压系数分布、局部体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行系统研究。结果表明:数值模拟可以较好地反映实际风荷载对建筑物的作用,且具有直观呈现风场流动特性的优势;屋盖挑檐部分受到下顶上吸的叠加作用,长悬挑区域最大净体型系数试验值达-3.17,对屋盖结构极为不利;在前挑檐上开设洞口可有效减缓其承受风荷载作用,尤其能减缓斜向迎风作用下的风荷载作用。     

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．     

黄骅市天健湖文体公园体育中心屋盖弦支网架结构设计

黄骅市天健湖文体公园体育中心屋盖钢结构由游泳馆屋盖钢结构、体育馆屋盖钢结构和连接走廊屋盖钢结构3部分构成,结构形式为弦支网架。介绍了屋盖钢结构的分缝及结构体系的选定过程,详细阐述了恒荷载、活荷载、风荷载等主要荷载作用的取值,并对屋盖钢结构静力、动力反应进行了分析。结果表明,在各种设计荷载作用下屋盖钢结构设计能够满足相关规范的要求。     

厦门高崎国际机场T4航站楼屋盖设计的关键问题研究

厦门高崎国际机场T4航站楼屋盖采用双向平面桁架结构体系,屋面采用双曲面造型的金属屋面系统。以该航站楼工程为背景,分析了屋盖结构体系和金属屋面设计及钢结构计算要点。由于结构的跨度大,风荷载分布形式复杂,为确保结构的安全、合理,针对结构设计中的关键问题,采用模拟建筑物实际体型风洞试验和数值模拟风洞技术,得到屋面荷载的分布和大小,保证风荷载取值的正确性。进而对屋面系统的抗风承载力进行分析和设计优化。研究结果表明该航站楼采用的屋盖结构体系是合理有效的,可为类似工程设计提供参考。     

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。     

双拱大跨屋盖结构风载的数值模拟研究

双拱大跨度网架屋盖结构由于体表为复杂曲面,其风荷载的确定不能仅参考我国建筑结构荷载规范中对风荷载的相关规定,风荷载的确定需要借助于其他手段。CFD数值模拟风洞是近年来发展起来的一种风荷载研究手段,基于ANSYS-CFX 12流体动力学软件,利用雷诺应力（RSM）湍流模型对一双拱大跨度屋盖结构上平均风载体型系数进行数值模...     

大跨悬挑屋盖风振系数研究

针对荷载规范中对大跨悬挑屋盖结构风振系数计算的不足,利用时程分析法,在有限元建模的基础上,直接采用风洞试验数据,计算了某大跨悬挑屋盖结构的荷载风振系数和位移风振系数,研究了其随风向角的变化规律,并讨论了不同风向角下结构参数的影响。     

周边高层建筑对大跨屋盖结构静风干扰效应试验研究

为了研究周边高层建筑对大跨屋盖结构顶面风荷载产生的影响,以某科技交流中心风荷载风洞试验为基础,从受扰屋盖总体受力和局部受力两个方面分别研究了施扰高层建筑外形及其相对位置对风荷载干扰效应的影响。最后得出了施扰建筑外形改变对干扰效应的影响规律、施扰建筑处于不同干扰位置对干扰效应的影响规律以及各种外形施扰建筑的最不利干扰位置及平均静风干扰因子(IF)最大值,为大跨屋盖结构设计时的风荷载取值提供了试验依据。     

金属拱形波纹屋盖受力特性及倒塌分析

利用有限元软件ANSYS对大跨金属拱形波纹屋盖在全跨均布荷载、半跨均布荷载和全跨三角形荷载这三种不同荷载形式作用下的屋盖受力过程进行数值模拟,分析其受力特点,确定屋盖受力的薄弱环节,对金属拱形波纹屋盖在工程中出现倒塌事故的原因进行分析,并提出了改进措施。     

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...     

大跨度屋盖结构站房风洞试验研究

以某大跨度屋盖结构火车站风洞实验研究为例,分析大跨度三跨双坡曲面屋盖的风荷载特性,并利用刚性模型风洞试验得到的脉动压力数据进行风致振动分析,试验结果表明:在屋面边缘及屋脊附近的上吸风荷载绝对值要比屋面内部区域值大,屋面波谷区域风荷载值在-0.5~-1.0 kN/m~2范围内,悬挑位置及屋脊上吸风荷载值最大可达-5.0 kN/m~2;脉动风压系数一般在迎风屋檐附近比较大,可达0.6。研究同时表明大跨屋盖的风荷载取值受建筑外形、周边干扰、结构特性、风向等因素影响明显,需要进行全面深入的分析研究。     

大跨屋盖结构多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨屋盖结构多振型参与风振的特点,提出一种多目标等效静风荷载确定方法。其基本思想是,分别建立多目标等效方程组和约束方程组,前者可获得与各等效目标吻合程度最好的解,后者是根据风荷载作用方向为垂直于建筑物表面的钝体空气动力学原理得到的风荷载各方向分量的关系,限制某些奇异荷载作用模式的出现,从而解决了大跨屋盖结构等效静风荷载研究中突出存在的多目标等效问题。结合两个典型大跨屋盖结构的风洞试验,对不同类型的结构响应进行了等效静风荷载分析,并将分析结果与采用单目标方法所得的结果进行对比,结果表明该方法得到的等效静风荷载作用下各类响应均与动力极值响应吻合良好,达到了以少量的等效静风荷载模式实现所有目标等效的目的,并且所得等效静风荷载分布较符合实际风荷载作用规律。     

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.     

FAE方法在屋盖结构雪荷载研究中的应用

雪荷载设计是大跨屋盖结构设计中的重要环节,目前国内工程实践中的设计雪荷载通常是采用规范条文,个别重要的工程还会结合CFD数值模拟的结果。由于试验设备和条件的限制,较少采用实验对其进行验证。有限面元法结合了常规风洞试验模拟和计算机仿真技术,是一种研究大跨度屋盖结构雪荷载分布的有效方法。本文对其进行概述和分析,并以高低屋盖结构为例,采用有限面元法研究了风速和风向角对屋面积雪分布系数的影响。结果表明:与我国现行《建筑结构荷载规范》比较,二者整体分布规律基本一致,但在具体分布数值上略有差异;风速、风向亦对高低屋盖的积雪分布系数具有重要影响,就本文研究的高低屋盖结构而言,积雪分布系数随风速增大而增大,在270~337.5°风向角范围内屋盖的雪荷载分布较为不利,但在规范中并不考虑这种斜风向不利分布工况。     

多国荷载规范中平屋盖及球形屋盖体型系数取值探讨

风荷载体型系数一直是风工程和风荷载规范研究专家关注的主要问题之一.本文首先总结了各国荷载规范中风荷载规定的差异,并就平屋盖和球形屋盖的风载体型系数对比了中国规范(GB50009-2001)、美国规范(ASCE7-98)、加拿大规范(NBC-1995)和日本规范(AIJ-2004)中的规定.最后结合大跨度平屋盖与球形屋盖的风洞试验,给出了球形屋盖和平屋盖的风载体型系数取值建议,为大跨屋盖结构的抗风设计提供了参考资料.     

三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。     

大跨屋盖结构风致抖振响应研究

建立基于非定常风荷载的大跨屋盖结构风致动力响应的试验和分析方法。该方法采用多通道测压系统扩大同步测压点的数目,更全面地获得屋盖表面风压的时空特性,为准确计算结构风致响应奠定了基础。在动力分析方法上应用CQC法计算屋盖结构的风振响应,考虑多模态及模态间的耦合影响,编制了结构风致动力效应计算程序SWDP。最后对上海铁路南站工程屋盖结构的抖振响应结果进行了计算和分析。结果表明,采用多通道测压系统可以有效地扩大同步测压点的数目;基于非定常风荷载的CQC方法是计算复杂大跨屋盖结构风振响应的有效方法;背景响应对于总响应的贡献通常是不可忽略的。