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U形三维钝体绕流的空间风压分布特性研究

武汉理工大学学报 2010年第9期32卷 157-160页

作者：汪大洋周云广州大学土木工程学院广州510006

针对风场作用下U形三维钝体建筑物,采用大涡模型对其空间风压分布特性展开数值研究。考虑风场脉动湍流入口边界条件,在稳态分析的基础上对高宽比分别为1∶1、2∶1、4∶1的钝体建筑物进行了瞬态动力分析,研究了钝体空间风压分布特性,并... 详细信息

针对风场作用下U形三维钝体建筑物,采用大涡模型对其空间风压分布特性展开数值研究。考虑风场脉动湍流入口边界条件,在稳态分析的基础上对高宽比分别为1∶1、2∶1、4∶1的钝体建筑物进行了瞬态动力分析,研究了钝体空间风压分布特性,并将分析结果与已有试验和数值研究进行了对比。研究表明,在考虑脉动和平均来流入口边界条件的条件下,大涡模型对钝体绕流的预测效果非常好。钝体迎风面风压系数分布比较稳定,迎风面峰值压力系数出现在0.8H高度处,且越靠近钝体边缘,压力系数越小。钝体顶面、侧面和背面均为负压面,受尾流涡旋随机生成、脱落的影响,风压分布较迎风面复杂,但压力系数值主要集中在Cp=-0.6附近。

关键词：三维钝体大涡模型风压分布特性瞬态分析

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复杂大跨屋盖结构风压分布特性及风效应研究

复杂大跨屋盖结构风压分布特性及风效应研究

作者：郎亚超西安工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步,经济的不断的发展,越来越多外型美观,结构新颖的大跨度柔性屋盖被广泛应用于剧院,会议中心、机库、体育馆等大型公共建筑中,为了达到更大的空间,大跨屋盖结构只能不断向更高、更大、更轻的方向发展,从而使得大跨屋... 详细信息

随着科学技术的进步,经济的不断的发展,越来越多外型美观,结构新颖的大跨度柔性屋盖被广泛应用于剧院,会议中心、机库、体育馆等大型公共建筑中,为了达到更大的空间,大跨屋盖结构只能不断向更高、更大、更轻的方向发展,从而使得大跨屋盖结构的风效应更加突出,风灾带来的损失和影响更加严重。因此,复杂大跨屋盖结构的风效应研究,是推动屋盖结构向超大轻柔方向发展的动力之一。目前国内外对复杂大跨屋盖结构的风效应研究很少,本文以陕西某会议中心大跨屋盖桁架结构为工程背景,系统研究了该大跨屋盖结构表面风荷载及风致振动特性,并结合风灾调研结果,为大跨屋盖结构的抗风设计提供了有效建议。具体如下所述:1、大跨屋盖结构的风压分布特性。基于FLUENT软件,对陕西某会议中心大跨屋盖表面的平均风压系数和体型系数进行了详细的分析,探讨了风向角、风速、高宽比对大跨屋盖表面风荷载特性的影响。分析结果表明:在风向角为0°时,屋盖表面平均风压系数最大;风向角一定时,悬挑角落的净风载体型系数随着风速的增加而增大,建议考虑局部风载体型系数以预防极端天气下的破坏;当建筑物平面尺寸一定时,随着高宽比的增大,屋盖表面负风压随之增大,建议我国荷载规范考虑高宽比对大跨屋盖表面风压的影响,使得大跨屋盖抗风设计更为合理。2、大跨屋盖结构的风振响应分析。基于ANSYS软件,建立陕西某会议中心大跨屋盖结构的有限元模型并进行模态分析,该大跨屋盖结构的前13阶自振频率在0.1～1,与脉动风速频率接近,脉动风引起的振动不可忽略;利用MATLAB软件模拟脉动风速时程,并将脉动风速时程转换为脉动风压时程加载到该大跨屋盖结构桁架上弦的所有节点上,研究该大跨屋盖结构的风振响应。分析结果表明:该大跨屋盖竖向位移风振系数比横向位移风振系数大,该大跨屋盖结构是以竖向振动为主的;该大跨屋盖结构位移风振系数整体变化不大,建议我国荷载规范针对大跨屋盖结构选用位移风振系数计算等效静力风荷载。3、大跨度屋盖结构的抗风研究。综合大跨度屋盖受风灾破坏的实地调查结果和陕西某会议中心大跨屋盖结构的风荷载特性,分析和总结了大跨屋盖结构设计和建造方面的问题,对该大跨屋盖结构进行了抗风分析,并提出几种抗风概念设计和抗风构造措施。

关键词：大跨屋盖结构 CFD数值模拟风压分布特性风振响应抗风设计

基于不同湍流模型的大跨度双曲屋盖结构风压分布特性研究

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基于不同湍流模型的大跨度双曲屋盖结构风压分布特性研究

作者：梁爽辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着社会经济的飞速发展,大跨度双曲屋盖结构成为建筑结构的主流形式之一。此类建筑结构具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点,是典型的风敏感结构。大跨双曲屋盖结构外形复杂多变,当气流经过时,会发生分离、再附着等一系列复杂的高雷诺数... 详细信息

随着社会经济的飞速发展,大跨度双曲屋盖结构成为建筑结构的主流形式之一。此类建筑结构具有质量轻、柔性大、阻尼小等特点,是典型的风敏感结构。大跨双曲屋盖结构外形复杂多变,当气流经过时,会发生分离、再附着等一系列复杂的高雷诺数流动现象,导致该类结构的风压分布复杂,这些问题的核心问题是湍流问题。目前根据现有的相关规范难以确定此类结构屋盖表面的风压。为此,本文在计算流体动力学基础上,采用不同湍流模型对典型形状的大跨度双曲屋盖结构的风压分布特性进行研究,以期对此类结构的抗风设计给出有益参考。本文的主要研究内容如下:1、采用不同湍流模型,对正方形、矩形、圆形和椭圆形四种典型形状的大跨度双曲屋盖表面的风压分布特性进行研究分析,并将结果同实验数据进行对比,得到了不同投影形状屋盖采用不同湍流模型时的风压分布特性,并对比了不同湍流模型在风压分布特性计算性能方面的差异。通过分析选出了各投影形状的大跨度双曲屋盖结构抗风研究中较理想的湍流模型,以及风压分布最不利的大跨双曲屋盖形状。2、针对大跨度双曲屋盖的组成特点,对可能影响其风压分布特性的一些重要参数,包括流场参数、屋盖本身的几何参数等进行研究,分析不同影响参数对大跨度双曲屋盖表面风压分布特性的影响规律。并在上述研究的基础上,分析总结出在常用高度范围内常见投影形状的大跨度双曲屋盖的表面分区风压系数,并与现行规范中的类似情况进行对比,为此类建筑结构的抗风设计提供了有益的结论和参考。

关键词：双曲屋盖结构风压分布特性湍流模型计算流体动力学分区风压系数

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镂空双层幕墙建筑风压分布及非高斯特性研究

建筑结构 2016年第16期46卷 108-112页

作者：左太辉李庆祥黄啟明许伟广东省建筑科学研究院集团股份有限公司广州510050

借助风洞动态同步测压试验,对某办公楼镂空外墙双层幕墙平均风压分布特性进行分析,根据测点风压时程及其概率密度分布,并基于第三、四阶矩统计量对脉动风压分布的非高斯特性进行了描述。结果表明,外层幕墙的内表面风压和内层幕墙的外表... 详细信息

借助风洞动态同步测压试验,对某办公楼镂空外墙双层幕墙平均风压分布特性进行分析,根据测点风压时程及其概率密度分布,并基于第三、四阶矩统计量对脉动风压分布的非高斯特性进行了描述。结果表明,外层幕墙的内表面风压和内层幕墙的外表面风压几乎相等,外层幕墙的净风压很小;建筑双层幕墙的风压脉动非高斯性的区域主要为建筑迎风下游尾流区,而外层幕墙由于内外压平衡的原因,其内表面边缘位置基本符合高斯性。在进行幕墙结构设计时,应对非高斯分布区域的风荷载设计予以特别重视,以保证其安全性。

关键词：双层幕墙风洞同步测压风压分布特性脉动风压非高斯特性

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积分尺度对矩形迎风面脉动风压特性的影响

西南交通大学学报 2021年第4期56卷 769-776页

作者：杜树碧李明水杨雄伟西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室四川成都610031

为了研究来流紊流积分尺度对矩形断面高层建筑迎风面脉动风压及其分布特性的影响,选取2∶1和1∶2矩形为对象,通过风洞测压试验,对不同积分尺度紊流场中矩形迎风面的平均风压系数及脉动风压均方根系数、脉动风压相关函数和相干函数、脉... 详细信息

为了研究来流紊流积分尺度对矩形断面高层建筑迎风面脉动风压及其分布特性的影响,选取2∶1和1∶2矩形为对象,通过风洞测压试验,对不同积分尺度紊流场中矩形迎风面的平均风压系数及脉动风压均方根系数、脉动风压相关函数和相干函数、脉动风压功率谱进行了对比分析.研究结果表明:对于矩形同一高度处,脉动风压功率谱在低频区始终受准定常效应控制,而在高频区脉动风压功率谱随积分尺度的增大而增大;风压的相关性高于风的相关性,风压的相关函数与相干函数也随积分尺度的增大而增大,但相关宽度随积分尺度的增大而减小;脉动风压均方根系数随积分尺度的增大而增大;对于同一流场中矩形不同测点处,离驻点越远,风压相关函数和相干函数越小,脉动风压均方根系数越大;来流紊流积分尺度对平均风压系数的影响较小.

关键词：紊流积分尺度迎风面脉动风压风压分布特性驻点

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大涡模拟下两种张拉膜结构的风压特性

洛阳理工学院学报（自然科学版） 2023年第3期33卷 11-16,51页

作者：孙芳锦张双磊尚俊晨卢琛张大明桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 桂林理工大学信息科学与工程学院广西桂林541006 广西嵌入式技术与智能系统重点实验室广西桂林541006

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压... 详细信息

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压作用规律。膜结构在竖向风荷载作用下的风振响应影响非常明显,与在水平风向角下的风振响应相当。

关键词：大跨度膜结构风压系数大涡模拟风压分布特性

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大跨度双曲屋盖分区风压系数研究

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2019年第5期51卷 660-668页

作者：孙芳锦徐中豪梁爽桂林理工大学土木与建筑工程学院广西建筑新能源与节能重点实验室广西桂林541004 辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000

大跨度双曲屋盖结构形状复杂,目前国内外规范尚未对此类结构的风压系数给出明确规定.为此,本文针对四种典型形状大跨度双曲屋盖,研究其分区风压系数,为工程实践提供有利参考.首先研究分析流场参数、屋盖自身的几何参数等对其表面风压分... 详细信息

大跨度双曲屋盖结构形状复杂,目前国内外规范尚未对此类结构的风压系数给出明确规定.为此,本文针对四种典型形状大跨度双曲屋盖,研究其分区风压系数,为工程实践提供有利参考.首先研究分析流场参数、屋盖自身的几何参数等对其表面风压分布的作用,分析得到最不利参数.然后针对各大跨度双曲屋盖的特点,分析并总结出在常用工程高度范围,各典型形状的大跨度双曲屋盖的分区风压系数建议值,并与现行规范中的类似情况比较,为类似结构的实际工程抗风设计提供有益的理论支持和实际参考.

关键词：大跨度双曲屋盖影响参数风压分布特性风压分区建议值

基于大涡模拟的大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

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基于大涡模拟的大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性研究

作者：尚俊晨辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

大跨度建筑膜结构因其造型多变新颖等特点近年来被广泛应用于各种公共建筑。大跨度建筑膜结构质量轻,柔性大,表现出明显的非线性,其主要控制荷载是风荷载,风荷载也是导致建筑膜结构破环的主要原因之一。风荷载可以分为水平风和竖向风,... 详细信息

大跨度建筑膜结构因其造型多变新颖等特点近年来被广泛应用于各种公共建筑。大跨度建筑膜结构质量轻,柔性大,表现出明显的非线性,其主要控制荷载是风荷载,风荷载也是导致建筑膜结构破环的主要原因之一。风荷载可以分为水平风和竖向风,传统的刚性建筑结构大都只考虑水平风荷载的作用,但对于大跨度建筑膜结构而言,水平风荷载作用下的结构的响应是垂直于膜结构表面,接近竖向的;同时竖向风作用下的膜结构表面发生的响应方向与由水平风作用引起的方向相同,因而膜结构的风振响应在竖向风作用下将会增大,导致膜结构发生破坏的风险程度急剧增加。因此对大跨度膜结构进行抗风设计时,竖向风荷载的作用不可忽略,深入研究大跨度建筑膜结构在竖向风作用下的风压分布特性,对大跨度建筑膜结构的抗风设计有着重要的理论意义和工程价值。本文基于大涡模拟方法,基于计算流体力学理论,依托FLUENT平台,对典型体型大跨度膜结构在竖向风荷载作用下的风压特性进行深入研究,主要研究内容如下:(1)研究典型体型的大跨度膜结构在竖向平均风荷载作用下的平均风压分布规律。通过FLUENT平台的用户自定义编写程序(UDF)来实现大涡模拟的入口湍流生成,采用大涡模拟方法研究了某膜结构雨棚的风压特性,并与实验结果进行了对比,验证了大涡模拟方法计算膜结构风压的正确性。以典型的鞍形、波浪形、连续拱形三种体型大跨度膜结构为研究对象。研究了在不同风速、不同风向角下、考虑双向流固耦合作用,三种大跨度膜结构在竖向风作用下等27种工况下的平均风压分布情况,得到每种工况下屋盖表面的风压分布规律,并与水平风作用下的对应结果进行对比,研究分析总结出不同形状的大跨度膜结构屋盖表面在竖向平均风荷载作用下的平均风压分布规律。(2)基于前述大涡模拟方法和程序,研究三种典型形式的大跨度膜结构在竖向脉动风作用下的膜结构表面的风振响应及风压分区规律。考虑双向流固耦合作用,研究波浪形、鞍形及连续拱形三种不同形式的大跨度膜结构其在最不利风向角、不同风速下三种形状的膜结构表面的风振响应,并定义给出了不同形状大跨度膜结构的脉动风压分区系数。(3)选取常见的鞍形及拱形膜结构作为研究对象,考虑双向流固耦合作用,基于流线型设计理念,从风振响应、位移变化、速度矢量变化、风压变化等多方面系统化的分析优化后的模型的气动性能的提升。本文所得到的主要结论如下:(1)在0°竖向平均风荷载作用下,发现其对三种膜结构屋盖表面的分压系数影响较大,在与90°水平风荷载作用下膜结构屋盖表面的风压系数相比,其数值明显偏大,水平风作用下,膜结构表面只有风的动压部分对膜表面产生作用,而在竖向风作用下风的静压部分和动压部分对膜结构表面共同作用。表明膜结构表面受竖向风荷载作用下影响明显。(2)在最不利风向角下,膜结构表面在竖向脉动风荷载作用下风振响应频率剧烈,竖向脉动风作用效果明显,研究发现大跨度膜结构屋盖表面的风振响应效果与建筑结构形式有关。定义给出了膜结构表面的风压系数分区建议值。(3)优化后的模型在气动性能方面有明显提升,风振响应的波动区间数值均有明显下降,说明膜结构表面的空气流动变得稳定,进而达到提高膜结构的使用周期,延长寿命的作用。该论文有图55幅,表2个,参考文献65篇

关键词：大跨度膜结构竖向风荷载大涡模拟流固耦合作用风压分布特性

湖南某超高层建筑的风压特性及其风致响应研究

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湖南某超高层建筑的风压特性及其风致响应研究

作者：王太龙武汉轻工大学

学位级别：硕士

随着现代化经济发展，超高层能有效弥补土地资源不足造成的城市发展空间不足的问题。其中，风荷载是超高层建筑主要横向荷载之一。当气流经过时会产生明显的三维效应，引起结构基底内力以及层间位移、顶点加速度等动力响应。当响应的... 详细信息

随着现代化经济发展，超高层能有效弥补土地资源不足造成的城市发展空间不足的问题。其中，风荷载是超高层建筑主要横向荷载之一。当气流经过时会产生明显的三维效应，引起结构基底内力以及层间位移、顶点加速度等动力响应。当响应的综合作用超出了结构设计的承极限承受能力，结构将破坏。现有研究多以矩形等规则结构平面为主，对结构形式变化较为复杂的高层建筑的风荷研究载涉及较少。本文以湖南某217m超高层建筑的刚性模型测压实验为基础，通过数据处理、计算分析，得到了各高度和0-360°风向角下，建筑表面风压特性和结构风致响应，分析了主楼的表面风压与风致响应随风向角和建筑高度的变化规律，能为该超高层结构的进一步设计提供参考。本文主要工作内容如下：（1）通过刚性模型测压实验，对主楼的风压分布特征进行了分析，验证了平均风压系数随着建筑高度增加而增加的规律;同时，建筑的外表面的平均风压系数受周边建筑影响显著。（2）基于实验数据，计算了平均风压系数，得到了不同立面在不同风向角下的等值线云图，讨论了平均风系数的变化特征及其规律。结果表明，在200m高度范围内，平均风压系数受不同立面尺寸的影响不显著;在同一立面内的平均风压系数呈现由出中间部向边缘处逐渐递减的规律。（3）对主楼的风致响应，如层间位移响应、顶点加速度响应、主楼底部剪力及弯矩随风向角的变化规律进行了分析;进一步分析了周边建筑物对结构动力响应的影响。（4）比较了刚性模型测压实验的结果与基于规范计算结果，探讨了结构的风致响应理论及相关计算方法的差异性，验证了本超高层初步设计方案满足国家相关规范要求。

关键词：超高层建筑刚性模型测压实验风压分布特性风致响应动力响应