大跨度锥形屋面结构抗风性能研究
发布时间：2021-11-01 15:35
随着现代经济与科学技术的发展,大跨度屋面结构越来越多,结构类型也越来越复杂,而风荷载往往是这些复杂结构的主要控制荷载之一。虽然目前,对于大跨屋面结构的抗风工作的研究也较多,但是大跨度屋盖结构风荷载破坏的事故还是屡见不鲜,说明了目前大跨度屋面结构的抗风设计理论与设计方法还不够成熟。本文在这种背景下,依托CFD数值模拟计算平台,对大跨度单锥体屋面结构、大跨度连续两锥体屋面结构、大跨度连续三锥体屋面结构在不同风向角与屋面坡角下进行抗风性能研究。本文主要进行了以下几个方面的研究:（1）综述前人主要研究成果的基础上,确定数值模拟的计算方法、湍流模型、控制方程的离散格式、边界条件、数值迭代方法和计算结果的判定方法。然后用fluent流体力学分析软件分析了在不同风向角和屋面坡角共12种工况下大跨度单锥体屋面结构的风荷载性能,得出了风压系数等值线图与体型系数变化规律,归纳和总结得出风荷载体型系数实用计算公式。（2）利用前面确定的数值模拟分析方法对封闭式双坡屋面的风荷载性能,得出相关的风压系数与体型系数,并与我国的《建筑荷载规范》中封闭式双坡屋面的体型系数进行了比较,验证该数值模拟方法的准确性和有效性。...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国新奥尔良的“超级弯顶，在咫风破坏前后对比图
本章设计了风向角ｐ为０°、４５。和９０°，屋面坡角ｅ为１５°、２５°、３０°和４５°，共１２??组不同工况模型，模型的长宽高均为６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ，具体设计方案见表２．１，屋面??坡角０示意图见图２．１。??表２．１大跨度单锥体屋面结构模型汇总表??Ｔａｂｌｅ?２．１?ｓｕｍｍａｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｏｎｅ?ｒｏｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ??模型编号?风向角ｐ?屋面坡角ｅ?高宽比?长ｘ宽ｘ高??０１－０４?０°?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??０５－０８?４５°?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??０９－１２?９０。?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??Ｊ，?６００００?ｌ??ｊ?６００００?Ｊ，?１－＾??建筑平面图??图２．１屋面坡角示意图??Ｆｉｇ．?２．１?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｏｏｆ?ｓｌｏｐｅ?ａｎｇｌｅ??２．２边界条件??入口边界条件采用速度入口边界条件（ｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｉｎｌｅｔ）?［５２，５３］，来流为我国荷载规??范中的Ｂ类地面粗糙度剪切流，平均风速剖面为：??ｔ／（：）?＝ｔ／〇（ｚ／ｚ０）?（２－１）??式中％——标准参考高度和标准参考高度处的平均风速
２．３．２网格的划分??数值计算是求解在离散网格点上满足流体动力学基本方程，因此计算域离散对数??值模拟结果有直接影响［６２】。目前，数值风洞模拟采用的网格划分类型有结构化网格划??分和非结构化网格划分，结构化网格的几何性质规则，使得计算精度和效率较高，但??也存在不足之处。非结构化网格的节点是以一种不规则的方式布置在流场中［６３］，非结??构化网格虽然生成过程比较复杂，但具有良好的适用性，可以适用复杂区域及复杂型??体的网格划分，但这样的网格质量较差，尤其是在流场边界附近，由于三角形或者立??方体被切割掉一部分，其心（计算节点）位置发生变化，影响计算精度；混合网格是将??结构化网格和非结构化网格结合在一起，可以在计算流域灵活使用这两种网格，将这??两种网格的优势结合起来，提高计算效率和精度。??所以本章采用分区混合网格划分方案，这种划分方法是将结构化网格和非结构化??网格最优协调使用，即计算流域边界面和建筑物表面采用三角形非结构网格单元进行??离散，体网格主要采用四面体网格进行离散。该方法不仅可以控制计算域离散的网格??数量，还可以有效地提高计算效率，使网格更均匀以保证计算精度和收敛特性，网格??划分示意图见图２．３。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风洞试验的大跨航站楼屋盖风振响应分析[J]. 李正良,薛冀桥,刘堃,邹鑫. 科学技术与工程. 2017(25)
[2]现场实测风速风压研究的进展[J]. 潘吉洪. 华东交通大学学报. 2015(05)
[3]1/4球面开口屋盖风荷载体型系数的数值模拟分析[J]. 刘承亮,范圣刚,尚春芳. 钢结构. 2013(12)
[4]盐城体育馆风荷载体型系数及风振系数的试验分析[J]. 单春明,陈标,杨春生. 四川建筑科学研究. 2013(01)
[5]神农大剧院结构抗风设计研究[J]. 王文渊,唐意,张同亿,姜孝林,李仕全,祖青,王永明. 建筑结构. 2013(03)
[6]大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究[J]. 杨学林,陈水福,周平槐. 建筑结构. 2012(08)
[7]低层坡屋面房屋风荷载特性风洞试验研究[J]. 聂少锋,周绪红,石宇,勾朝伟,周天华. 建筑结构学报. 2012(03)
[8]台风“鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究[J]. 李正农,罗叠峰,史文海,苏万林. 建筑结构学报. 2012(01)
[9]张家界荷花机场新航站楼主楼屋盖钢结构设计[J]. 郑春林,王宏斌,马越,李杨. 工业建筑. 2011(10)
[10]椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟[J]. 吴剑锋,王彩华,张丽娜. 低温建筑技术. 2011(05)
博士论文
[1]大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载关键性问题研究[D]. 李玉学.北京交通大学 2010
[2]大跨度平屋面结构的风振响应和风振系数研究[D]. 陆锋.浙江大学 2001
硕士论文
[1]超高层开洞建筑风效应研究[D]. 李渊博.长沙理工大学 2017
[2]风载作用下大型钢结构吊装过程安全性分析[D]. 陈鹏.东南大学 2017
[3]基于CFD的多组合半球体绕流特征的数值研究[D]. 朱鹏飞.大连海事大学 2016
[4]大跨度可开合屋盖结构风洞试验与等效风荷载研究[D]. 周晓飞.湖南大学 2014
[5]体育场主看台大跨悬挑屋盖的风压特性与气动优化[D]. 毛建飞.浙江工业大学 2014
[6]复杂形体大跨空间结构风压与等效静风荷载数值模拟[D]. 乔帅斌.上海交通大学 2014
[7]基于CFD技术建筑结构风荷载数值模拟研究[D]. 李雪丹.华南理工大学 2013
[8]基于FLUENT软件的建筑物风荷载数值模拟[D]. 吴剑锋.大庆石油学院 2009
[9]大跨度球壳结构的风洞试验与风振响应分析关键技术[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2008
[10]基于数值模拟方法的大跨度结构表面风荷载的计算与分析[D]. 姚志东.北京交通大学 2008
本文编号：3470359
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国新奥尔良的“超级弯顶，在咫风破坏前后对比图
本章设计了风向角ｐ为０°、４５。和９０°，屋面坡角ｅ为１５°、２５°、３０°和４５°，共１２??组不同工况模型，模型的长宽高均为６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ，具体设计方案见表２．１，屋面??坡角０示意图见图２．１。??表２．１大跨度单锥体屋面结构模型汇总表??Ｔａｂｌｅ?２．１?ｓｕｍｍａｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｏｎｅ?ｒｏｏｆ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ??模型编号?风向角ｐ?屋面坡角ｅ?高宽比?长ｘ宽ｘ高??０１－０４?０°?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??０５－０８?４５°?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??０９－１２?９０。?１５°，?２５°，?３０°，?４５°?２／５?６０ｍｘ５０ｍｘ２０ｍ??Ｊ，?６００００?ｌ??ｊ?６００００?Ｊ，?１－＾??建筑平面图??图２．１屋面坡角示意图??Ｆｉｇ．?２．１?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｒｏｏｆ?ｓｌｏｐｅ?ａｎｇｌｅ??２．２边界条件??入口边界条件采用速度入口边界条件（ｖｅｌｏｃｉｔｙ－ｉｎｌｅｔ）?［５２，５３］，来流为我国荷载规??范中的Ｂ类地面粗糙度剪切流，平均风速剖面为：??ｔ／（：）?＝ｔ／〇（ｚ／ｚ０）?（２－１）??式中％——标准参考高度和标准参考高度处的平均风速
２．３．２网格的划分??数值计算是求解在离散网格点上满足流体动力学基本方程，因此计算域离散对数??值模拟结果有直接影响［６２】。目前，数值风洞模拟采用的网格划分类型有结构化网格划??分和非结构化网格划分，结构化网格的几何性质规则，使得计算精度和效率较高，但??也存在不足之处。非结构化网格的节点是以一种不规则的方式布置在流场中［６３］，非结??构化网格虽然生成过程比较复杂，但具有良好的适用性，可以适用复杂区域及复杂型??体的网格划分，但这样的网格质量较差，尤其是在流场边界附近，由于三角形或者立??方体被切割掉一部分，其心（计算节点）位置发生变化，影响计算精度；混合网格是将??结构化网格和非结构化网格结合在一起，可以在计算流域灵活使用这两种网格，将这??两种网格的优势结合起来，提高计算效率和精度。??所以本章采用分区混合网格划分方案，这种划分方法是将结构化网格和非结构化??网格最优协调使用，即计算流域边界面和建筑物表面采用三角形非结构网格单元进行??离散，体网格主要采用四面体网格进行离散。该方法不仅可以控制计算域离散的网格??数量，还可以有效地提高计算效率，使网格更均匀以保证计算精度和收敛特性，网格??划分示意图见图２．３。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于风洞试验的大跨航站楼屋盖风振响应分析[J]. 李正良,薛冀桥,刘堃,邹鑫. 科学技术与工程. 2017(25)
[2]现场实测风速风压研究的进展[J]. 潘吉洪. 华东交通大学学报. 2015(05)
[3]1/4球面开口屋盖风荷载体型系数的数值模拟分析[J]. 刘承亮,范圣刚,尚春芳. 钢结构. 2013(12)
[4]盐城体育馆风荷载体型系数及风振系数的试验分析[J]. 单春明,陈标,杨春生. 四川建筑科学研究. 2013(01)
[5]神农大剧院结构抗风设计研究[J]. 王文渊,唐意,张同亿,姜孝林,李仕全,祖青,王永明. 建筑结构. 2013(03)
[6]大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究[J]. 杨学林,陈水福,周平槐. 建筑结构. 2012(08)
[7]低层坡屋面房屋风荷载特性风洞试验研究[J]. 聂少锋,周绪红,石宇,勾朝伟,周天华. 建筑结构学报. 2012(03)
[8]台风“鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究[J]. 李正农,罗叠峰,史文海,苏万林. 建筑结构学报. 2012(01)
[9]张家界荷花机场新航站楼主楼屋盖钢结构设计[J]. 郑春林,王宏斌,马越,李杨. 工业建筑. 2011(10)
[10]椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟[J]. 吴剑锋,王彩华,张丽娜. 低温建筑技术. 2011(05)
博士论文
[1]大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载关键性问题研究[D]. 李玉学.北京交通大学 2010
[2]大跨度平屋面结构的风振响应和风振系数研究[D]. 陆锋.浙江大学 2001
硕士论文
[1]超高层开洞建筑风效应研究[D]. 李渊博.长沙理工大学 2017
[2]风载作用下大型钢结构吊装过程安全性分析[D]. 陈鹏.东南大学 2017
[3]基于CFD的多组合半球体绕流特征的数值研究[D]. 朱鹏飞.大连海事大学 2016
[4]大跨度可开合屋盖结构风洞试验与等效风荷载研究[D]. 周晓飞.湖南大学 2014
[5]体育场主看台大跨悬挑屋盖的风压特性与气动优化[D]. 毛建飞.浙江工业大学 2014
[6]复杂形体大跨空间结构风压与等效静风荷载数值模拟[D]. 乔帅斌.上海交通大学 2014
[7]基于CFD技术建筑结构风荷载数值模拟研究[D]. 李雪丹.华南理工大学 2013
[8]基于FLUENT软件的建筑物风荷载数值模拟[D]. 吴剑锋.大庆石油学院 2009
[9]大跨度球壳结构的风洞试验与风振响应分析关键技术[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2008
[10]基于数值模拟方法的大跨度结构表面风荷载的计算与分析[D]. 姚志东.北京交通大学 2008
本文编号：3470359
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