大跨度空间结构风荷载数值模拟研究

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大跨空间结构因其具有质量轻、阻尼小,可用空间大等优势,受到越来越多的青睐。轻质高强建筑材料的出现使得大跨空间结构向造型复杂化、轻量化等方向发展。这些特点以及风荷载本身的复杂性使其对风荷载的敏感性增强,而各国的荷载规范提供的风荷载体型系数十分有限,目前主要靠风洞试验来确定体型系数。本文依托CFX计算平台,对大跨空间结构的表面风荷载进行了数值模拟计算与研究。通过对平屋盖、球形屋盖和鞍形屋盖大跨结构的数值模拟,得到风压分布规律:上表面以吸力为主,靠近迎风前缘的部位出现最大正压,此部位风压梯度变化最大,随着距离增加,吸力逐渐减小,变化平缓;结合大跨度屋盖结构的特点,从数值模拟计算域大小的选取、划分网格、湍流模型、计算结果的判定等几个方面提出一些建议;在对SST k-ω和RNG-两种湍流模型的适用性进行比较验证后,发现用SST k-ω模型模拟出的结果和风洞试验更接近,也就是说更适合于模拟大跨结构;风向角对风荷载的分布影响较大,在结构设计中应考虑最不利风向进行设计;地面粗糙度对风荷载分布影响不大;随着矢跨比的增大,屋盖顶部负压逐渐增大;以实际大跨度空间结构——山东烟台福莱山公园海之泉为对象,进行了多个风向角时的数值模拟,对得到的表面风压进行分析和总结,并与风洞试验的测量结果进行了详细的对比,得出风压分布规律。通过以上的研究分析,为其他大跨结构数值风洞模拟具有提供了一定的参考依据,并对大跨结构风荷载的数值模拟方法做了总结和展望。
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