下击暴流作用下低矮建筑风荷载大涡模拟

采用大涡模拟方法,研究非稳态雷暴风作用下低矮建筑的风荷载特征,分析下击暴流的不同发展阶段中建筑物所在的径向位置、屋面坡度和风向角等参数对建筑风荷载的影响. 结果表明：下击暴流各发展阶段风荷载效应差异显著,当气流冲击地面后形成的首个环形涡掠过建筑时,建筑表面风荷载最大;当建筑物处于不同径向位置时,环涡经过建筑物形成的瞬态风压与同样位置处稳态射流作用下的风压差异较大;屋面坡度对迎风面风压系数分布影响较小,但对迎风侧屋面风压系数分布的影响非常显著,随着屋面坡度的增大,迎风屋面风压系数由负值逐渐变为正值;建筑物迎风前沿角部区域的风压系数受风向角的影响较为明显,在所测试的工况中,风向角为45°时影响最为显著.     

超高层建筑脉动风压的非高斯特性

对带切角的菱形超高层建筑进行风洞试验,将试验得到的风压时程数据进行时域、幅域信息分析,研究该类体形超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.基于在各风向角下风压系数的3阶、4阶矩统计量,对高层建筑各立面风压进行高斯与非高斯分布的分区,发现侧面的前缘气流分离区、背风面以及迎风面切角区域的脉动风压存在显著的非高斯特性.对高斯区和非高斯区设计风压系数的峰值因子取值问题和估算方法进行讨论,发现在实际应用中对非高斯区的峰值因子取值偏小.     

锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

深圳大运会主体育场罩棚风压分布特性的数值模拟研究

基于Reynolds时均 方程和RSM模型对深圳大运动会主体育场罩棚风压分布特性进行了数值模拟,文中采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解。分析了风向角和风攻角对风压分布的影响,探讨了罩棚周围流场的绕流特性,并根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的区域平均风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法,以供工程设计的参考。     

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明:在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。     

深圳大运会主体育场罩棚风压分布的数值模拟

为了求得体育场罩棚的风载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对深圳大运动会主体育场罩棚风压分布特性进行了数值模拟.采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解.将数值计算结果与风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上,分析了风向角和风攻角对风压分布的影响,探讨了罩棚周围流场的绕流特性,并根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的区域平均风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法.结果表明:风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同.风攻角对罩棚表面风压分布的影响不大,对罩棚局部峰值的影响在15%以内,整体影响在5%以内.     

多跨鞍形膜结构风荷载的数值模拟研究

多跨鞍形膜结构是工程中常用的一种大跨空间结构形式,风荷载是其结构设计的控制性因 素．采用ＣＦＤ数值模拟方法研究其平均风荷载特性,分析膜面初始预张力、来流风向角和矢跨比对 多跨鞍形膜结构表面的风压分布特性的影响规律．结果表明：膜面初始预张力的大小主要影响膜面 所受正风压区域的大小,膜面初始预张力越大,受正压区域越大．来流风向角会改变膜面正负极值 风压的分布,正负极值一般出现在与风向角垂直的边缘处．不同的矢跨比会产生不同大小的膜面风 压系数,但是从总体上看风压的分布形式是相同的．     

矩形建筑双幕墙结构风压脉动的非高斯性及峰值因子

借助刚性模型风洞动态同步测压试验,对矩形建筑双幕墙的内幕墙和外幕墙的脉动风压的非高斯统计特性进行了研究.根据测点风压时程及其概率密度分布,并基于测点风压的第三、四阶矩统计量对风压的非高斯特性进行描述,结合峰值因子的取值,给出划分高斯和非高斯区域的标准,在此基础上对矩形建筑双幕墙的内幕墙和外幕墙进行了分区.分析表明:矩形建筑双幕墙的风压脉动为非高斯性的区域主要为内幕墙的拐角分离流区域,而外幕墙由于内外压平衡的原因,其拐角区域的风压脉动特征则基本符合高斯性,在幕墙结构设计时,应提高非高斯区域的风压峰值因子的取值.     

高层建筑绕流对室内通风系统影响的研究

本文根据相关文献的高层建筑风压系数的分布和高层建筑绕流空气动力特性,分析了高层建筑物表面风压随来流和风向发生较大变化的区域和特征,提出了高层建筑室内新风、排气系统进排风口设置的相关技术措施及考虑来流和风向影响的高层建筑表面风压的计算方法。     

大跨屋盖风压分布的数值模拟及拟合方法研究

针对大跨度屋盖结构绕流特性较为复杂的问题,借助CFD数值模拟技术对大跨度屋盖表面风压分布进行了数值模拟,采用了雷诺应力湍流模型(RSM)和SIMPLE压力校正算法,并与风洞试验结果进行了对比分析,两者吻合较好.为了便于工程设计,提出了风压分布的二维几何平面拟合方法及拟合公式及同时考虑风向角的三维拟合方法及公式.结合CFD数值模拟结果对平均风压系数进行了拟合,阐述了风压系数拟合方法的准确性及拟合中应注意的问题.     

考虑随机风压场非高斯特性的大跨度膜屋盖风振响应

作用于大跨度膜屋盖结构上的随机风压场在统计意义上由高斯和非高斯区域构成。基于零记忆非线性转化法理论,提出了这种混合随机风压场的模拟方法,算例表明,生成的随机风压场样本能准确描述实验数据的各项统计特性。将生成的样本和利用传统方法生成的高斯随机风压样本作用于某膜屋盖结构,经风振时域分析后发现,高斯随机风压激励下结构部分构件的响应值比非高斯随机风压激励下的响应值低,这表明,随机风压荷载的非高斯特性不容忽视。文章还给出了结构不同构件的整体风振响应系数。     

Characteristics of wind pressure pulse on large-span flat roofs

The wind pressure pulse events, among the most important characteristics of wind pressure fluctuations on large-span flat roofs, were investigated by wind tunnel tests in this paper. Incorporating the formation mechanism of wind pressure pulse events, the peak over threshold method was employed to study properties of this kind of events. The event duration time, the energy contribution, the number of the pulse events, and the distribution of average peak pressure were calculated. Probability density functions of some typical samples in separation region were also given. Results show that the non-Gaussian roof pressure is strong in the flow separation region owing to the wind pressure pulse events. Evaluations of the extreme peak pressures, which can be determined by the peak over threshold method effectively, are important to the design of building cladding.     

大型低矮圆柱壳结构风荷载特性的风洞试验

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明：大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压和脉动风压的相关性分析表明,准定常理论仅对外表面的背风区适用.对各测点风压时程数据进行三阶和四阶矩统计量分析,研究低矮圆柱壳表面风压的非高斯特性.结果显示：绝大多数测点的概率密度偏离高斯概型.为了便于设计应用,给出非高斯峰值因子的参考数值.与以往试验结果的比较表明：不同高径比的圆柱壳风荷载有所不同,负压区的体型系数绝对值随着高径比的增大而增大.     

典型空间结构平均风压分布及绕流特性的数值模拟

运用计算流体动力学技术,基于FLUENT6．1．22流体动力学数值模拟平台,采用雷诺应力模型,对球壳、悬链面壳及椭圆双曲抛物面壳这3类结构的平均风压分布及绕流特性进行了深入研究。首先将数值模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性;然后系统研究了风速、风向角、地面粗糙度、缩尺比、矢跨比等因素对结构风压分布及其绕流特性的影响;最后在B类场地下,根据结构形式和风压分布规律,对结构的压力系数进行面积上的加权平均得到工程上实用的体型系数,可供设计参考。     

某核电常规岛厂房风振计算及风荷载频域分析

分别在A类地貌和B类地貌中测得某核电常规岛厂房的刚性模型表面风压风洞试验数据。用频域方法计算了厂房屋盖风致动力响应。计算结果显示结构动态位移响应在不同地貌中差别较小。且正面迎风时结构风致动态位移均方根响应比斜向迎风时要小。分析了不同风向角下结构表面风压谱密度的分布,结构正面迎风时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在低频段;当风沿斜向作用时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在高频段。风压谱密度函数谱峰对应的折算频率与结构振型对应的自振折算频率一致时,结构风致动力响应将会增大。