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大跨屋盖在村镇建筑中的应用

建筑结构 2022年第S1期52卷 644-647页

作者：刘中华杨展新杭州华正建筑设计院有限公司杭州310048

以杭州某村自留地商业项目为例进行了40m跨度屋盖方案比选。根据造价、设备管线穿越等找到了较优的结构方案,拟采用双向管桁架组合屋盖。该屋盖采用SAP2000建模计算,经布置优化、构件优化及相关节点设计,目前已实施完毕,反响良好。

关键词：大跨屋盖橡胶支座双向管桁架工程造价

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大跨屋盖风荷载风洞试验及数值模拟

华侨大学学报（自然科学版） 2010年第3期31卷 327-331页

作者：吴立张华林彭兴黔周显鹏华侨大学土木工程学院福建泉州362021 泉州市重点工程办公室福建泉州362006

以闽南某大跨体育馆屋盖表面为例,进行风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟研究.通过风洞试验,得出体育馆最不利风向角下的平均风压系数和分块风压系数.基于CFX10.0软件平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流物理模型,对屋盖上的平均... 详细信息

以闽南某大跨体育馆屋盖表面为例,进行风洞试验和计算流体动力学(CFD)数值模拟研究.通过风洞试验,得出体育馆最不利风向角下的平均风压系数和分块风压系数.基于CFX10.0软件平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω湍流物理模型,对屋盖上的平均风压进行数值模拟.将计算结果与风洞试验数据进行对比,结果显示两者大体上基本吻合,证明数值模拟可以较准确地模拟实际大跨屋盖表面的平均风荷载.

关键词：大跨屋盖风洞试验数值模拟风压系数计算流体动力学

大跨屋盖结构风荷载特性及其气动抗风措施的研究

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大跨屋盖结构风荷载特性及其气动抗风措施的研究

作者：傅继阳汕头大学

学位级别：硕士

随着建筑科技和施工工艺的逐渐进步，大量形式新颖的大型体育设施、会议展览馆等大跨度柔性结构不断涌现。这类结构的屋盖或看台挑蓬通常具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低等特点，且往往比较低矮，处于大气边界层中风速变化大、... 详细信息

随着建筑科技和施工工艺的逐渐进步，大量形式新颖的大型体育设施、会议展览馆等大跨度柔性结构不断涌现。这类结构的屋盖或看台挑蓬通常具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低等特点，且往往比较低矮，处于大气边界层中风速变化大、湍流度高的近地区域，对风荷载十分敏感，风荷载往往是此类结构设计的主要控制荷载。然而，对于大多数的屋盖结构，由于其自身结构和风荷载的复杂性，我国的有关荷载规范中并没有这方面的建议条文，因此对于大跨度屋盖结构风荷载特性的研究，已成为一项急需进行的重要课题。本论文以一大跨悬挑平屋盖模型为对象进行了比较细致的风洞试验研究，分析了此类结构屋盖的平均局部体型系数和极值局部体型系数的分布特性;研究了均匀和B类两种不同流场对其风荷载分布特性的影响，结果显示结构在均匀流场和紊流的剪切流场所测得的平均和脉动风荷载特性有显著的差别。文中进一步测量并讨论分析了屋盖上典型测点脉动风压的频谱特性以及空间不同位置之间的相干特性。在风荷载分布特性的分析方法方面，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，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。该方法的成功应用为结构风荷载特性分析引入了一种全新的分析手段。最后针对悬挑屋面的特点和风压分布特性，提出了一种气动抗风措施，试验结果显示它可以有效削减屋盖风敏感处的风荷载值。

关键词：大跨屋盖体型系数风压分布风荷载功率谱密度相干函数抗风措施模糊神经网络预测

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复杂体型大跨屋盖风荷载特性的风洞试验研究

建筑结构 2012年第2期42卷 148-153页

作者：张明亮李秋胜湖南大学土木工程学院长沙410082 香港城市大学建筑系香港100013

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了在有无周边建筑群干扰下屋盖表面的风压系数等值线图、脉动风压系数与屋盖的升力系数随风向角的变化曲线,对其风压分布特性做了详细的对比分析研究。研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要... 详细信息

通过对吉林火车站的刚性模型风洞试验研究,得到了在有无周边建筑群干扰下屋盖表面的风压系数等值线图、脉动风压系数与屋盖的升力系数随风向角的变化曲线,对其风压分布特性做了详细的对比分析研究。研究结果表明:大跨屋盖结构表面主要呈现负风压(风吸力),屋盖合力升力系数均为负值。主站楼在迎风区屋檐、悬挑区域及屋面凸起的天窗位置气流分离较大,风压变化明显,出现较大的负风压系数;由于站台雨篷四周开敞,气流流经站台雨篷时较为顺畅,气流分离较小,因而站台雨篷风压系数较小。

关键词：大跨屋盖风洞试验平均风压系数脉动风压系数升力系数

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大跨屋盖围护结构风荷载极值及其不确定性

大跨屋盖围护结构风荷载极值及其不确定性

作者：张雪湖南科技大学

学位级别：硕士

大跨屋盖结构跨度大、质量轻和柔度大,通常其结构表面绕流、结构-空气动力相互作用机理复杂,易在强风作用下发生破坏。相对于主体结构而言,围护结构的风致破坏更为常见。恰当而合理的围护结构设计风荷载是保证围护结构抗风性能的前提,... 详细信息

大跨屋盖结构跨度大、质量轻和柔度大,通常其结构表面绕流、结构-空气动力相互作用机理复杂,易在强风作用下发生破坏。相对于主体结构而言,围护结构的风致破坏更为常见。恰当而合理的围护结构设计风荷载是保证围护结构抗风性能的前提,其大小取决于结构表面具有一定保证率的极值风荷载。风洞试验方法是获得围护结构极值风荷载的常用方法,从理论上说,无穷多次独立重复风洞采样可获得极值的真值。而在围护结构风荷载的风洞试验中,通常采样的次数有限,采样的时长亦有限,因此围护结构设计风荷载基于极值概率统计模型采用概率统计方法获得。合理的极值概率模型是预测围护结构极值风荷载的先决条件。本文以大跨度平屋盖为研究对象,从屋盖表面风压的分布规律、表面风压极值的概率统计模型和不确定性入手,为大跨屋盖围护结构风压极值估计和不同极值估计方法的校准提供一个基于可靠度的评价机制。本文主要进行了以下几个方面的工作:(1)大跨平屋盖表面风压特性研究。本文对大跨平屋盖结构进行了缩尺比为1:200的刚性模型风洞测压试验,依据单次采样的结果,对结构表面的平均风压系数、脉动风压系数、极值风压系数以及块风压系数的分布规律进行了系统的研究,得出了大跨平屋盖结构表面风压分布的一些基本的分布规律。(2)大跨平屋盖表面风压的概率统计模型及其不确定性研究。本文依据大跨平屋盖结构的多次独立重复的缩尺刚性模型风洞测压试验结果,基于变异系数对可靠度的影响,确定了测点体型系数、极值风压系数,分块体型系数、极值风压系数的风洞试验采样次数标准;基于经典极值分布,对测点和分块极值风压系数进行了概率分布拟合,确定了对应的最佳拟合分布;基于拟合的极值分布,分析了不同的参数估计方法和极值分位数的选取对风压系数极值估计的影响。(3)大跨平屋盖风压极值估计方法的比较及校准。本文采用几种常用的极值估计方法:峰值因子法、阵风系数法、短时分段极值估计方法、多区组的经典极值估计方法、基于二阶矩可靠度理论的风压极值估计方法进行了大跨平屋盖风压极值的估计,比较了几种方法的极值估计结果差异,以基于二阶矩可靠度理论的风压极值估计方法的结果为基准,校准了几种常用方法,提出了相应的修正因子,推荐工程应用。

关键词：大跨屋盖围护结构极值风压概率分布可靠度

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大跨屋盖表面非高斯风压峰值因子的研究

大跨屋盖表面非高斯风压峰值因子的研究

作者：陈盛北京交通大学

学位级别：硕士

随着社会的发展和科学技术的进步,人类居住的房屋建筑日益高大、轻柔化,风对建筑结构的威胁越来越大,其作用从“要考虑”渐渐地变为“必须考虑”,风荷载成为了建筑结构设计的控制荷载之一。对于大跨屋盖结构而言,由于其体量庞大且钝体... 详细信息

随着社会的发展和科学技术的进步,人类居住的房屋建筑日益高大、轻柔化,风对建筑结构的威胁越来越大,其作用从“要考虑”渐渐地变为“必须考虑”,风荷载成为了建筑结构设计的控制荷载之一。对于大跨屋盖结构而言,由于其体量庞大且钝体形态明显,风场遇到其阻碍时,会形成明确的冲击、分离、再附以及涡脱等特征湍流,气流在结构边、角、脊处的分离、旋涡脱落往往在屋盖结构表面产生锥形涡或柱状涡,使得这些区域的风压时程体现为尖峰脉冲事件,在频谱上表现为与漩涡脱落频率对应的高频峰值,这往往是导致局部屋面构件破坏的主要原因。多数情况下现行的荷载规范无法满足大跨屋盖的设计要求,需通过模型风洞测压试验来获得大跨屋盖表面的风荷载特性。目前风洞实验给出的峰值因子通常是基于高斯平稳随机过程理论并结合风工程经验给出的定值。由于大跨屋盖结构引起的特征湍流较为明显,屋盖边缘区域的风荷载表现出明显的非高斯特性,如果仍然采用高斯峰值因子确定极值风荷载,可能导致设计偏于不安全。基于以上背景,本文根据风洞试验数据,用几种方法研究大跨屋盖表面非高斯风压时程的峰值因子的取值,主要内容包括以下几个方面：(1)简要介绍了规范中采用的高斯风压峰值因子的确定方法。(2)重点研究了Gram-Charlier展开、Hermite矩模型的性质、适用范围等,并在前人的基础上推导Hermite矩模型三阶系数的显式表达式。(3)用Gram-Charlier展开、Hermite矩模型描述非高斯风压的概率密度特性,并介绍用两方法计算非高斯风压峰值因子的原理、方法。(4)最后运用上述两种方法计算两种典型的大跨屋盖表面的峰值因子,并对计算结果作对比,得出用本文推导得到的三阶Hermite矩模型系数计算非高斯风压的峰值因子有更好的精确度。

关键词：非高斯风压峰值因子大跨屋盖 Hermite矩模型 Gram-Charlier展开

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大跨屋盖结构分区设计风荷载研究

大跨屋盖结构分区设计风荷载研究

作者：聂燕松哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

以球面、柱面、鞍形为代表的大跨屋盖工程应用愈来愈普遍,而该结构形式对风荷载敏感,抗风设计尤为重要。但是由于大跨屋盖表面风荷载特性复杂、结构风振效应需考虑多振型影响以及等效静风荷载确定困难等原因,目前尚未有较为统一且简洁... 详细信息

以球面、柱面、鞍形为代表的大跨屋盖工程应用愈来愈普遍,而该结构形式对风荷载敏感,抗风设计尤为重要。但是由于大跨屋盖表面风荷载特性复杂、结构风振效应需考虑多振型影响以及等效静风荷载确定困难等原因,目前尚未有较为统一且简洁的大跨屋盖设计风荷载确定方法。现阶段实行的《建筑结构荷载规范》中对于常见屋盖给出的风荷载建议取值工况不足,并且早期面向高层及高耸结构提出的通过风振系数计算主体结构风荷载标准值的计算方法对于大跨屋盖不一定适用。结构设计中往往采用等效静风荷载表示结构所受风荷载的作用,为方便计算等效静风荷载一般通过分区的形式给出。本文旨在给出常见工况球面、柱面、鞍形屋盖结构分区设计风荷载取值方法,在阵风响应包络法得到的以平均风荷载及脉动风荷载作为基向量、风振效应系数表征结构对风荷载的动力放大效应的等效静风荷载表达式的基础上进行了以下工作:(1)探讨大跨屋盖表面平均风荷载分区原则,在K-means聚类分析方法基础上建立平均风荷载分区方法,并通过MATLAB编制风荷载分区程序;(2)利用风荷载分区程序对大量风洞试验数据进行分区统计,给出球面、柱面、鞍形屋盖在不同几何形式及来流风向下的体型系数、脉动体型系数分区建议,作为等效静风荷载基向量取值依据;(3)基于阵风响应包络法得到的等效静风荷载表达形式,对大量球面、柱面、鞍形屋盖网壳结构进行参数化风振响应分析,得到不同工况下风振效应系数的拟合公式,最终给出等效静风荷载取值建议,并对风振响应静力分析结果与动力分析结果进行对比,验证等效静风荷载的有效性。

关键词：大跨屋盖等效静风荷载分区风荷载风振响应

大跨屋盖建筑开孔风致平均内压的数值模拟研究

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大跨屋盖建筑开孔风致平均内压的数值模拟研究

作者：孙斌浙江大学

学位级别：硕士

近年来,大跨屋盖建筑因其外形美观、功能实用而在全国各地不断涌现,此类建筑往往对风荷载比较敏感,研究在建筑的各个部位开孔而引起的风对结构的影响具有重要的实用价值,在大跨屋盖的悬挑部分开孔对于结构的减风有利,在其他部位开孔则... 详细信息

近年来,大跨屋盖建筑因其外形美观、功能实用而在全国各地不断涌现,此类建筑往往对风荷载比较敏感,研究在建筑的各个部位开孔而引起的风对结构的影响具有重要的实用价值,在大跨屋盖的悬挑部分开孔对于结构的减风有利,在其他部位开孔则会引起风致内压。计算流体动力学(CFD)是近40年发展起来的新兴学科,随着计算理论和计算机的发展,其在最近的十几年得到了普遍的重视和运用。相比传统的结构风工程研究方法,CFD方法具有明显的优势,又因其不完全成熟,CFD的应用也有很多难点问题。本文对CFD的基本理论和思路进行了简要介绍:从控制方程的通用形式在计算网格上建立通用离散方程开始,对流场的数值解法进行说明,然后对湍流模拟方法进行详细归类,最后介绍了湍流模拟中近壁区的处理方法。本文首先运用CFD方法对一典型大跨悬挑屋盖结构进行数值风洞建模与计算,将数值模拟结果与风洞试验结果对比,在核实了数值模拟精度的基础上,对在悬挑部分开孔及加设女儿墙两种较实用的减风方法分别进行了数值模拟研究,以考察不同减风措施的效果区别,从而对实际减风措施提出建议。本文对一大跨屋盖结构在迎风面开孔前后的状态分别进行了风压CFD模拟,并与风洞试验数据进行了对比,然后运用伯努利方程导出了风致平均内压的理论估算公式,接着对不同开孔位置、面积和数量的若干工况进行了数值模拟,以全面了解数值模拟在内压模拟问题上的适用性,并对复杂开孔情况下的理论估算方法进行了探讨,最后给出了实际工作中确定风致平均内压的推荐方法。

关键词：大跨屋盖风工程计算流体动力学(CFD) 风洞试验悬挑结构减风开孔女儿墙风致平均内压伯努利方程理论估算数值模拟

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大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析

大跨屋盖表面特征湍流定位参数分析

作者：秦乐北京交通大学

学位级别：硕士

随着2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会的成功举办,全国的城市化建设是日新月异,大跨度成为现代建筑物的主导方向,并且有向跨度越来越大、外形越来越复杂的方向发展的趋势。为了获得史大的无柱空间,克服自重对结构... 详细信息

随着2008年北京奥运会、2010年上海世博会、2010年广州亚运会的成功举办,全国的城市化建设是日新月异,大跨度成为现代建筑物的主导方向,并且有向跨度越来越大、外形越来越复杂的方向发展的趋势。为了获得史大的无柱空间,克服自重对结构跨度的束缚,人们不断探索采用轻质高强的建筑材料和高效的结构体系,于是,在屋盖自重得到有效降低的同时,结构刚度也日趋变柔,风荷载已成为此类结构设计的主要控制荷载,因此,研究大跨屋盖表面的风荷载特性已成为迫切需要的重要课题。本文将利用大跨平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖在风洞试验中的实验数据,对屋盖表面的平均风和脉动风进行研究;由于特征湍流的影响,在屋盖的部分区域,风压时程表现出明显的非高斯特性,本文采用偏斜和峰态作为划分风压时程是否为高斯信号的依据,并将检验结果与Hinich高斯性检验的结果进行对比,最终确定屋盖表面的高斯区和非高斯区。通过研究可以发现：（1）对于大跨屋盖,屋盖表面的风荷载以吸力为主,在迎风前缘、屋顶最高处等的风吸力比较大。风向角对屋盖表面风压分布形式和极值风压都有较大的影响,而风速、矢跨比和地貌的影响比较小,仅在数值上有微小改变,在风压分布形式上没有明显改变。（2）当气流遇到钝体绕流时,先在迎风边缘拐角出现分离而对屋面形成很大的吸力,然后往下游发生再附着,负风压减小甚至出现正风压,因此在进行大跨屋盖结构抗风计算时,应适当考虑下风向区域正压对结构的影响。（3）屋盖表面风荷载在迎风前缘（来流发生分离）、边角处和屋盖后缘即漩涡再附处,由于特征湍流的作用,表现出明显的非高斯性,为屋盖受风的最不利区域。（4）通过对平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖表面风荷载进行偏斜值和峰态值计算,找出了两者之间的关系和在自身范围内的累积概率密度函数,统计并推导出高斯区和非高斯区的划分准则。（5）引入假设检验的思想,在显著性水平a=0.05时,在频域内对风压时程进行Hinich高斯性检验,并与时域内偏斜和峰态检验的结果进行对比,将非高斯点集中的区域划分为非高斯区,其余为高斯区。（6）考虑到风从各个方向吹来的可能性,分别画出平屋盖、球壳屋盖和柱壳屋盖非高斯区的包络线,并在边角区等非高斯点密集的地区给予特殊考虑,对不同形式的屋盖结构形式给出了相应的非高斯区定位的参数,即特征湍流的定位参数。

关键词：风荷载特征湍流大跨屋盖偏斜和峰态非高斯 Hinich检验