大跨屋盖风荷载风洞试验及数值模拟

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.     

体育中心馆风压分布的数值模拟

利用计算流体动力学分析软件FLUENT6.2,采用RNGk-ε湍流模型对某体育中心馆建筑物表面平均风压进行了数值模拟,并阐述了数值模拟时涉及的计算流域确定、网格划分、边界条件选取、求解参数和收敛标准设置等问题,给出了这一大跨度拱形屋盖结构考虑周边主要建筑情况下的风压分布特性,分别对0°和90°风向角时数值计算结果与风洞试验结果进行了比较,阐述了两者的异同,两者结果较为一致.验证了数值模拟方法在确定大跨度建筑的平均风荷载时是可行的.     

大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行风压分布风洞试验.得到了平均风压系数、极小风压系数的等值线图,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压和脉动风压分布特性、相干特性以及相关系数.研究结果表明:负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力;脉动风压相干性随着频率与距离的增大而减小.     

大跨度膜结构风压分布的风洞试验和数值模拟

为确定浙江工商大学体育场屋盖结构的风压分布,进行风洞试验研究,并采用数值模拟方法进行了对比分析.采用缩尺比为1:200的有机玻璃模型,在建筑串联回流式风洞中的大试验段进行了风洞试验,测得对应24个方向角的结构表面各点风压系数,采用标准k-ε,重正化群k-ε,可实现的k-ε和RSM四种湍流模型对屋面风压系数进行了数值模拟,将模拟结果与风洞试验数据进行了比较.结果表明,这种月牙形屋面的风压分布主要以吸力为主,迎风边缘及突出部位的风压系数较大,而在低凹处及尾流区域较小.数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合,采用的四种湍流模型结果差异不明显.     

大跨弦支穹顶复杂体型屋面风压分布规律

对烟台福莱山"海之泉"项目表面风压进行数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了SST k-ω湍流模型的可靠性.进而利用CFD数值模拟技术对天津中医药大学新建体育馆屋面风压分布规律进行模拟分析,研究了不同风向角对体育馆屋面风荷载体型系数的影响,并利用流场速度矢量图分析了结果的合理性.结果表明:在各个风向角下,屋面迎风前缘体型系数都较大,最大值可达-1.6,超过了规范取值,进而给出了屋面风荷载体型系数取值建议.     

复杂环境下大跨度倾斜平屋面的风洞试验

为了研究处于复杂环境下大跨度倾斜平屋面的平均风压及脉动风压的分布特性,对一实际工程模型进行了刚性模型测压试验．试验在模拟的大气边界层风场中进行,得到了结构在各个风向角下的风压系数分布;通过对试验数据的分析,可知随着风向角和周围建筑相对方位的改变,屋面风压的分布主要有三种类型;此时屋面的风荷载与由《建筑结构荷载规范》得到的风荷载取值是不相同的。     

群体高层建筑风效应的数值模拟

基于计算流体力学软件平台FLUENT6．3,分别采用标准k-ε模型和RNGk-ε湍流模型,模拟了典型风向角下广州珠江新城利通广场作为单体建筑和处于高层建筑群中的表面风压分布和周围风环境,并与风洞试验结果进行了对比分析．研究表明：数值模拟得到的风压系数结果与风洞试验具有一致的趋势,但标准k-ε模型的结果与风洞试验相差较大,而RNGk-ε模型的结果与风洞试验较为吻合．利通前方的大尺寸低矮建筑可能减小利通各面上的风压．另一方面,利通前方的高层建筑群产生的遮挡效应使其迎风面上的风压系数减小,而利通侧风面和背风面的其他高楼引起的狭缝效应使利通上的风压增加．此外,通过流场数值模拟可对高层建筑群的风环境进行评价．     

下击暴流作用下大跨度平屋盖结构的风荷载分布特性

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。     

檐口结构对四坡低矮房屋屋面风压影响的数值模拟研究

基于Ansys FLUENT RNGκ-ε模型,通过利用日本东京工艺大学同体型比的四坡低矮房屋表面风压进行对比分析.结果表明:数值模拟与风洞试验结果基本吻合,验证了数值模拟方法的可行性;基于此模型对檐口长度及结构形式改变对屋面平均风压展开了研究,檐口长度的变化对屋面风压分布及大小的影响较为显著;屋檐角部位置结构发生变化直接影响屋面风压分布规律,切角可以起到降低屋面平均风压作用,此结论可以为沿海低矮房屋抗风及设计提供参考.     

上海东方艺术中心风荷载试验

介绍了上海东方艺术中心模型风洞试验概况和主要结果 .给出了屋面在最不利工况下的分块体型系数及平均风压系数的等值线图 ,清楚地显示了此大跨度屋盖结构屋面的风压分布特征 .结果表明 ,周边建筑对所测建筑的风荷载有较大的干扰影响 .最后对分别按规范 (基于平均风压 )和应用统计方法 (基于平均风压和脉动风压 )计算的用于玻璃幕墙设计的风压结果进行了比较 ,结果表明 ,按规范计算的最不利风荷载偏小 ,对此应引起注意     

基于风洞试验的大跨航站楼屋盖风振响应分析

大跨屋盖结构对风荷载十分敏感,但尚无统一的规范计算方法。因此,对某机场航站楼进行了刚性模型测压风洞试验,得到大跨航站楼屋盖表面的平均、脉动风压系数。对其分布特性进行了研究,并讨论了周边建筑对结构表面风压分布的影响。对屋盖进行了风振响应时程分析,得到了脉动风荷载作用下此类大跨度屋盖在各个风向角的响应规律。结果表明,屋盖各区域的最不利风向角是各自的迎风角度;上游周边建筑对屋盖有遮挡效应,会减小屋盖表面的平均风压;屋盖开洞周边的风振响应较大;为该类结构抗风设计提供了参考。     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

非高斯脉动风压的分形模拟研究

基于风洞试验中采集的厦门沿海某高层建筑模型的表面风压时程,计算各测点脉动风压的分形维数,偏度系数和峰度系数,找出脉动风压呈现较明显的非高斯特性的4个测点.考虑脉动风时程具有分形的特性,结合相关性变形法,采用具有分形特性的Weierstrass-Mandelbrot函数对非高斯特性明显的4个测点的脉动风压进行了模拟.结果表明,模拟得到的4个测点的非高斯脉动风压时程与风洞试验的非高斯脉动风压时程的概率分布曲线吻合较好,功率谱图形比较相似,分形维数,偏度系数和峰度系数均比较接近.说明本文所提出的用分形方法模拟具有非高斯特性的脉动风压是可行的,弥补了传统的线性滤波器法和谐波叠加法模拟结果均不具有分形特性的缺点,对非高斯脉动风压的数值模拟有一定的参考价值.     

世博轴索膜结构屋面风效应的监测分析

为深入研究体型复杂的索膜结构屋面在真实环境中的风压分布和风振特性,对世博轴索膜结构屋面开展了为期两年的风效应监测.通过分析2011年7月一次大风过程的监测数据,得到索膜结构屋面所处的风环境和风压分布特性,并将实测结果和风洞试验数据进行比较.分析结果表明:世博轴屋面来流风一侧以负风压为主,另一侧以正风压为主;来流风一侧边缘的脉动风压最大,另一侧的脉动风压较小;平均风压系数和脉动风压系数随屋面高度由高到低逐渐变小;随着风速的增大,平均风压系数基本保持不变;风压系数实测值略小于风洞试验值,两者分布趋势基本一致.     

体育场挑篷的风荷载试验研究

介绍了某体育场挑篷模型风洞试验的概况和主要试验结果,详尽分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了分块体型系数的特性和脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法．结果表明,正迎风时,挑篷前缘的脉动风压系数较大,而按规范方法得到的围护结构设计风荷载偏小．     

体育馆屋盖的风洞试验研究和数值计算

对一系列不同倾角的体育馆悬挑屋盖进行了风洞试验;模型比例为1:50,在屋盖上下表面安装128对测压管,在同步测压的基础上,我们获得每个测点的风压时程,通过对试验数据的处理,分析平均风压和脉动风压的产生机理.试验表面明,风压分布是受屋盖表面的气流流动分离所影响的.同时,对这种形式屋盖进行计算分析.     

300m级超高层建筑表面风压的数值模拟

以位于广州珠江新城CBD核心区的303m高利通广场超高层建筑为对象,基于Fluent平台模拟结构表面的风压分布,对比了不同湍流模型下的计算结果,并与刚性模型测压风洞试验结果进行了比对．研究结果表明,采用本研究的参数设置和求解方法可以得到与经典文献相同的风压分布规律;观察到了流场中气流分离、再附和尾涡等现象;模拟结果与风洞试验结果具有一致的趋势,最大模拟误差小于25％,位于尾流区的背风面和侧面;Realizable k-ε模型在气流分离区可以得到与风洞试验更加接近的结果．     

集装箱起重机平均风荷载数值模拟及试验对比

以典型集装箱起重机为研究对象,基于Fluent6．1．22软件平台,分别在均匀风场和B类地面粗糙度风场,以及在工作状态和非工作状态下,对起重机各杆件上的平均风压进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟,并将数值模拟结果与刚性测压模型风洞试验数据进行了对比．结果表明：基于Fluent的雷诺应力模型（RSM）在数值模拟中预测结果相对较好,数值模拟可以弥补风洞试验困难,较准确地获得集装箱起重机整机的平均风荷载．     

门式刚架厂房表面风压的数值模拟研究

基于Reynolds时均N—S方程和SST模型,对一低层双坡门式刚架结构的表面风压进行CFD数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果进行比较．根据模拟结果对门式刚架结构各表面的风压分布特性进行了分析和归纳,可为该类建筑的抗风设计提供参考．     

低矮房屋模型风压试验与数值仿真对比

运用Fluent仿真软件在不同风向角下对德州理工大学(Taxas Tech university, TTU)实验屋标准模型进行数值模拟,并利用尖劈和粗糙元在风洞中模拟B类风场,对比例为1∶15的缩小刚性TTU模型进行风洞试验,测量不同风向角下模型中轴线上风压系数,得到忽略洞壁阻塞影响的压力分布规律.试验结果表明:风洞试验数据与数值模拟结果在不同风向角度下均较为吻合,其变化规律与同类试验数据一致.与Transition k-kl-ω转捩模型相比,采用两方程k-ε模型可获得较优的预测结果.与同类实测数据相比,本文风洞试验测量的低矮建筑风压数据具有较高精度,可为工程设计提供相关试验参考.