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下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风荷载分布特性

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同济大学学报（自然科学版） 2021年第12期49卷 1746-1753页

作者：谢壮宁林韬略成文滔华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640 广东保利城市发展有限公司广东广州510180

应用一种下击暴流发生装置,在大气边界层风洞内模拟了适用于大跨度屋盖风洞试验的1∶300比例下击暴流风场。在此基础上,对下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风压分布特征进行了风洞试验,并与常规B类地貌的相应试验结果进行对比。结果表... 详细信息

应用一种下击暴流发生装置,在大气边界层风洞内模拟了适用于大跨度屋盖风洞试验的1∶300比例下击暴流风场。在此基础上,对下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风压分布特征进行了风洞试验,并与常规B类地貌的相应试验结果进行对比。结果表明:在模型区内,下击暴流发生的相对位置对风压系数的影响整体较小;下击暴流作用下平均风压分布与B类风场下的结果基本一致,但极小风压系数绝对值最大值9.85比B类风场的5.54超出77.8%,并且相应脉动风压的功率谱显著高于B类风场的试验结果;B类风场下平屋面的极大风压系数最大值均接近或小于0,但不同风向角的下击暴流风作用下高于0.15的极大风压系数所占的屋盖面积比例处于51%到75%的范围之间,极大风压系数局部最高可达0.35,大范围的较高正压会进一步影响结构的承载力。

关键词：下击暴流风洞试验大跨度平屋盖风压分布风场特性

基于动力学模态分解的大跨度平屋盖风压场研究

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工程力学 2022年第7期39卷 109-119页

作者：冯帅谢壮宁华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641

采用经过嵌入维数改进的动力学模态分解(DMD)方法和本征正交分解(POD)方法对大跨度平屋面的随机风压场进行分析。结果表明:利用Takens嵌入定理来增加原始快照矩阵的空间维数,能够挖掘风洞试验数据集中隐藏的模糊动态特征;POD和DMD的模... 详细信息

采用经过嵌入维数改进的动力学模态分解(DMD)方法和本征正交分解(POD)方法对大跨度平屋面的随机风压场进行分析。结果表明:利用Takens嵌入定理来增加原始快照矩阵的空间维数,能够挖掘风洞试验数据集中隐藏的模糊动态特征;POD和DMD的模态分布均能够反映脉动压力场典型漩涡的主要特征,但POD的每个模态包含多个频率的信息,这在一定程度上让POD的模态成为多个频率段脉动的耦合,而DMD方法分解模态是单频模态并且可以得到每个模态的稳定性。相同比例的POD模态所占的能量比例大于DMD模态结果,但当使用相同比例的模态进行脉动风压场重构时,DMD方法比POD方法的重构结果更能够描述和契合原始脉动压力场的局部特征,这是由于DMD方法是直接对压力场进行重建,而POD方法主要是重建能量场,因此在揭示随机风压场时空演化特征,DMD方法更具优势。

关键词：大跨度平屋盖风洞试验随机风压场动力学模态分解本征正交分解

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墙面开孔后大跨度平屋盖的风荷载特性

墙面开孔后大跨度平屋盖的风荷载特性

作者：陈程北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：作为形态各异的大跨度屋盖中最简单的形式,平屋盖在日常生活中得到了广泛应用。由于结构本身较低矮,处于大气边界层的高湍流区,风作用下钝体绕流特性明显,来流的分离和绕流作用复杂,故建筑物围护结构发生风致破坏时有发生;建筑物... 详细信息

摘要：作为形态各异的大跨度屋盖中最简单的形式,平屋盖在日常生活中得到了广泛应用。由于结构本身较低矮,处于大气边界层的高湍流区,风作用下钝体绕流特性明显,来流的分离和绕流作用复杂,故建筑物围护结构发生风致破坏时有发生;建筑物已存在的空洞,或由于破坏后形成的孔洞为建筑物内外气体的交换提供了通道,内压会受到外部风场的影响而变化,其与外压的联合作用可能会成为结构设计的控制荷载。本文针对墙面孔洞出现后屋盖风荷载的变化展开研究,具体包括以下内容：一、以完全封闭情况为基础,完成了墙面开敞、主导洞口和背景孔隙三种情况下的风洞实验,分析屋盖上下表面的风压变化,从屋盖上下表面的风荷载特性及屋盖各点之间的相关性入手,分析上述特性形成的机理,并分别给出可供工程设计参考的主体结构和维护结构的风压系数,其中主体结构考虑了空间和平面两种结构形式。结果表明：对主体结构来说,背风面存在孔口将减小屋盖的升力系数,而迎风面存在孔洞将增大屋盖风压。墙面开敞、拥有0.65%和4.09%的主导洞口、存在0.44%的背景孔隙这几种开孔情况在背风面时,空间结构的升力系数较封闭情况分别改变了-30.8%、-15.8%和-3%、-7.6%;在迎风面时,这一变化分别为166.7%、52.5%和5.6%、2%;这是由于开孔面迎风将导致屋盖下表面产生正内压,背风时将产生负内压;对维护结构来说,开孔的存在所产生的影响在角部区域更大,背景孔隙的存在则能在一定程度上减小维护结构局部的极值风压系数。同时,迎风面开孔的存在将减小屋盖上下测点之间的相关系数数值(正相关减弱,负相关增强),且这一减小趋势随着开孔率的增大而增大;而背风面开孔的存在则增大这一数值(正相关增强,负相关减弱),也随着开孔率的增大而增大。开孔对这一相关性的改变,从一定程度上对屋盖的脉动风压系数的分布与数值产生了影响。二、阐述了墙面存有主导洞口时的内压机理及内压传递方程的建立过程,并以风洞实验中C2在开孔面迎风时的工况为对象,完成了这一求解方程的算例分析,即将实测外压带入传递方程,通过时域求解传递方程得到数值解,将其与实测值进行比较,结果并不理想,猜测是由于传递方程中孔口特征参数的取值问题;继而采用简单的正弦激励对内压传递中两个孔口特征参数进行识别,结果表明这两个参数并不是一固定值,不仅受模型几何参数的控制,也受外部荷载的影响。

关键词：大跨度平屋盖墙面开孔风荷载内压风洞实验

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常开孔的大跨度平屋盖风荷载特性

常开孔的大跨度平屋盖风荷载特性

作者：李佳北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：在使用和建造过程中,大跨度屋盖难免出现孔洞。孔洞的存在将改变气流的绕流方式,屋盖风荷载分布会更加复杂。本文选取典型平屋盖为研究对象,重点考察了孔洞大小、位置对风荷载作用机制的影响,给出了考虑孔洞后,大跨度平屋盖的设... 详细信息

摘要：在使用和建造过程中,大跨度屋盖难免出现孔洞。孔洞的存在将改变气流的绕流方式,屋盖风荷载分布会更加复杂。本文选取典型平屋盖为研究对象,重点考察了孔洞大小、位置对风荷载作用机制的影响,给出了考虑孔洞后,大跨度平屋盖的设计风荷载。具体工作包括以下几个内容： 1)以全封闭状态为基础,完成了考虑不同开孔大小、不同开孔位置的开孔大跨平屋盖刚性模型测压风洞试验,共计17种试验工况。 2)通过典型风向角上、下表面风压的时域、频域特征分析,得到了孔洞对屋盖风荷载的作用机制。结果表明,在封闭状态时,屋盖上表面会出现两种典型特征湍流：柱状涡和锥形涡;当屋盖存在孔口时,原典型特征湍流遭到破坏,此时孔口对气流的绕流方式影响很大,本文通过频谱分析对孔口影响机理进行研究发现,当孔口位于屋盖边缘时,孔口边缘对气流的影响机理在一定程度上与屋盖边缘相似;孔口拐角对屋盖风压的频谱特性则会产生特有的影响,而当孔口位于屋盖边缘不同位置时,孔口拐角的影响也会发生变化;当孔口位于屋盖中心时,其对屋盖风荷载各个指标的影响程度相对都要小的多。 3)以全封闭平屋盖为基础,给出了开孔大跨平屋盖主体结构、围护结构设计风荷载建议值。 4)根据试验结果,讨论了风致内压理论在开孔屋盖建筑中的适用性。结果表明,开孔屋盖存在内、外压交换现象,以屋盖中心开孔工况为例,完成了内压的预估,将算例分析数值解与实测值进行比较,结果并不理想,这可能是传递方程中孔口特征参数的取值及试验因素联合导致的。

关键词：风洞试验大跨度平屋盖风荷载开孔特征湍流内压

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高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响

江苏建筑 2009年第1期 20-22页

作者：苏刚吴瑾叶财景江苏金港湾投资有限公司江苏连云港222046 南京航空航天大学土木工程系江苏南京210016

通过对屋盖的风振响应计算,分析了竖向脉动风和水平脉动风作用下高阶振型对大跨度平屋盖结构风振响应的影响。研究结果为大跨屋盖结构设计和研究提供有意义的参考。

关键词：大跨度平屋盖风振响应有限元频域法

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开孔对椭圆形大跨度屋盖表面风压特性的影响

自然灾害学报 2021年第2期30卷 199-207页

作者：潘丹张敏邓宁王延伟秦稳广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学土木与建筑工程学院广西桂林541004 广西建筑科学研究设计院广西南宁530011

通过对开敞式椭圆形大跨屋盖进行刚性模型风洞试验,研究了不同风向角、不同开孔位置对大跨度平屋盖风荷载特性的影响,对比分析了屋盖外中内缘典型测点及开孔前后的风压系数云图及脉动风压谱。研究结果表明:开孔前后屋盖表面风压分布基... 详细信息

通过对开敞式椭圆形大跨屋盖进行刚性模型风洞试验,研究了不同风向角、不同开孔位置对大跨度平屋盖风荷载特性的影响,对比分析了屋盖外中内缘典型测点及开孔前后的风压系数云图及脉动风压谱。研究结果表明:开孔前后屋盖表面风压分布基本一致,均以负压为主,且负压极值位于迎风前缘处;外檐开孔削弱了屋盖迎风前缘气流分离作用,减少的风吸力最大,因此在几种开孔位置中外檐开孔的减风效果最为明显。通过各区域典型测点的脉动功率谱对比可知,屋盖前缘区测点较中后缘区域的谱值大,从前缘到外檐,逐渐由低频向中频转移,在高频区域屋盖后缘的典型测点谱值高于屋盖前、中部典型测点的谱值。

关键词：大跨度平屋盖风洞试验开孔平均风压脉动风压

高层建筑对大跨屋盖结构风压分布的干扰效应研究

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高层建筑对大跨屋盖结构风压分布的干扰效应研究

作者：黄镇球广州大学

学位级别：硕士

在现代城市建设发展中,大型展厅、交通枢纽和体育馆等大型公共建筑往往建设于高层建筑密集区域,这些大型公共建筑的屋面风荷载分布必然会受到高层建筑的影响,而发生变化。本文主要通过风洞试验研究单个高层建筑对大跨度屋盖风荷载的干... 详细信息

在现代城市建设发展中,大型展厅、交通枢纽和体育馆等大型公共建筑往往建设于高层建筑密集区域,这些大型公共建筑的屋面风荷载分布必然会受到高层建筑的影响,而发生变化。本文主要通过风洞试验研究单个高层建筑对大跨度屋盖风荷载的干扰效应。本文首先进行孤立状态下(单体)大跨度平屋盖建筑的风洞试验,研究了在不同风向角下单体屋盖的平均风压系数分布、分区平均风压系数、极小值风压系数以及分区极小值风压系数分布规律。然后在大跨度平屋盖建筑上游放置施扰高层建筑物,研究改变建筑物之间的相对位置、风向角及施扰建筑高度,对屋面整体平均风压系数及屋面最小极小值风压系数的干扰效应的研究。接着,通过根据分区平均风压系数及分区的最小极小值系数的干扰因子等参数,选取典型工况进行分析,主要结论有:45°风向角为平均风压干扰因子的最不利风向角,对于极大负压干扰因子而言,以“遮挡效应”为主,在30°风向角出现干扰因子轻度放大效应。最后,本文结合工程实例,在结构形式比较新颖的大跨度屋盖上游放置单个施扰高层建筑,研究了单个高层建筑外形、高层建筑与该屋盖的相对位置及风向角三种干扰因素对该屋盖上风荷载分布的影响,给出了些对干扰因子影响程度的排序。

关键词：大跨度平屋盖风洞试验干扰因子风荷载

双并列超高层建筑对大跨平屋盖风压分布特性的干扰效应

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双并列超高层建筑对大跨平屋盖风压分布特性的干扰效应

作者：唐立峰广州大学

学位级别：硕士

随着城市现代化日渐加快,大跨度空间结构的发展逐渐引起人们重视,特大城市核心区通常有密集的超高层建筑群,同时又规划建设有博物馆、图书馆、歌剧院、体育馆等大型公共场馆。这类场馆多为大跨度屋盖结构,对风荷载及其敏感,周边高层建... 详细信息

随着城市现代化日渐加快,大跨度空间结构的发展逐渐引起人们重视,特大城市核心区通常有密集的超高层建筑群,同时又规划建设有博物馆、图书馆、歌剧院、体育馆等大型公共场馆。这类场馆多为大跨度屋盖结构,对风荷载及其敏感,周边高层建筑会显著改变四周气流流动状态从而对低矮大跨度屋盖结构的风压分布特性造成影响,产生复杂的风致干扰效应。本文主要通过风洞试验和CFD(Computational Fluid Dynamic)数值模拟软件研究了双并列高层建筑对大跨度平屋盖风荷载分布特性的干扰效应。主要工作如下:首先,通过单体大跨度平屋盖建筑的风洞试验,研究了在不同风向角下单体平屋盖的平均风压系数、极小值风压系数、分区平均风压系数和分区极小值风压系数分布规律,获得干扰效应研究工作的参照数据。接着进行有施扰建筑时大跨度平屋盖结构的风洞试验,在大跨度平屋盖结构的上游放置两栋并列的高层施扰建筑物,通过改变施扰建筑物之间的相对位置、施扰建筑与平屋盖结构之间的相对位置及风向角,来分析比较屋面整体平均风压系数及屋面最小极小值风压系数受到干扰效应后的变化情况。然后,通过根据整体平均风压干扰因子、整体极小值风压干扰因子、分区平均风压干扰因子及分区极小值风压干扰因子等参数,选取干扰因子达到最大值或者最小值的工况进行分析,并且进一步研究典型工况的不同分区受扰状况,最后通过脉动风功率谱在频域的变化来反映干扰前后的结构响应。结果表明:对于本次试验的平屋盖而言,240度风向角为平均风压干扰因子与最小极小值风压干扰因子的最不利风向角,最不利风向角的确定主要受平屋盖体型影响;两种间距比同时最小时,干扰效应以“狭缝效应”为主,并伴随轻微“遮挡效应”出现;施扰建筑物之间的间距比最小时,出现干扰因子显著放大效应;对于典型工况的不同分区而言,平屋盖边角区域干扰因子放大效应最为显著,其次为当来流垂直平屋盖时的屋盖前缘区域,屋盖中部区域受到施扰建筑与平屋盖之间的间距比影响较大,尾流区域受到风向角的影响较为显著。最后,本文结合CFD数值模拟软件,通过设置与风洞试验中相同施扰建筑与干扰因素,包括施扰建筑与施扰建筑之间的相对位置、施扰建筑与平屋盖之间的相对位置及风向角,与风洞试验得出的数据进行比对分析,选取干扰效应显著的工况进行研究分析,通过分析平屋盖屋面风荷载分布规律及流场分布特点,解释了干扰效应形成机理。

关键词：大跨度平屋盖风洞试验干扰因子风荷载数值模拟

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屋盖结构积雪分布系数的数值模拟研究

屋盖结构积雪分布系数的数值模拟研究