本文選題：CFD數(shù)值模擬　切入點(diǎn)：風(fēng)荷載　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著社會(huì)高速發(fā)展，建筑物的高度和復(fù)雜度不斷提高，風(fēng)已經(jīng)成為影響建筑設(shè)計(jì)以及安全運(yùn)營(yíng)的重要影響因素。珠海歌劇院位于珠海香洲東部的野貍島上，，是珠海以及整個(gè)珠三角地區(qū)的地標(biāo)建筑之一。主體建筑分為歌劇院和小劇場(chǎng)，外殼為空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。歌劇院體型較大，水平投影跨度為130m，是橫向跨度較大的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。因此，研究風(fēng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓是必要的。由于經(jīng)濟(jì)原因，傳感器數(shù)目往往是有限的。利用有限數(shù)目風(fēng)壓傳感器預(yù)測(cè)未布置傳感器測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)壓值，繼而預(yù)測(cè)整個(gè)研究區(qū)域分壓分布具有較大的實(shí)際應(yīng)用意義。本文采用CFD數(shù)值模擬方法研究了風(fēng)對(duì)珠海歌劇院建筑結(jié)構(gòu)表面及周圍環(huán)境的影響，并探討了利用有限風(fēng)壓傳感器與數(shù)學(xué)模型聯(lián)合預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓的方法。本文主要有以下三部分內(nèi)容: 利用CATIA以及RHINO軟件建立珠海歌劇院CFD數(shù)值模型。設(shè)定計(jì)算域并劃分區(qū)域網(wǎng)格，基于FLUENT14.5軟件平臺(tái)進(jìn)行了12個(gè)風(fēng)方向角下的模擬。通過(guò)對(duì)比CFD數(shù)值模擬與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的區(qū)域體型系數(shù)，討論并分析了12個(gè)風(fēng)方向角下建筑結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布規(guī)律。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比，可得結(jié)論：兩種方法得到的建筑結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布規(guī)律基本一致，但是個(gè)別方向角下的風(fēng)壓值有偏差。 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布規(guī)律以及場(chǎng)地常年風(fēng)速風(fēng)向規(guī)律，確定了風(fēng)壓傳感器布置方案。采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，結(jié)合32個(gè)風(fēng)壓傳感器預(yù)測(cè)了未布置傳感器測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓值以及珠海歌劇院片1外表面風(fēng)壓分布。經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)可得：12個(gè)方向角下，未布置傳感器的預(yù)測(cè)樣本測(cè)點(diǎn)相對(duì)誤差最大值為9.60%，最大平均值為2.43%，最大標(biāo)準(zhǔn)差為2.78%。預(yù)測(cè)片1外表面整個(gè)區(qū)域表面風(fēng)壓的相對(duì)誤差最大值為5.822%，平均值為0.886%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.063%。實(shí)現(xiàn)了利用有限數(shù)目風(fēng)壓傳感器與數(shù)學(xué)模型聯(lián)合應(yīng)用預(yù)測(cè)目標(biāo)區(qū)域整體風(fēng)壓分布的目的。 采用CFD數(shù)值模擬方法獲得了建筑物周圍區(qū)域8個(gè)方向角下不同高度處風(fēng)速。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果以及場(chǎng)地信息得到目標(biāo)區(qū)域的等效風(fēng)速以及等效風(fēng)速比。采用超越閾值概率的評(píng)估方法、聯(lián)合評(píng)估準(zhǔn)則評(píng)估珠海歌劇院行人風(fēng)環(huán)境不舒適度等級(jí)以及危險(xiǎn)度等級(jí)。經(jīng)過(guò)評(píng)估，珠海歌劇院行人風(fēng)環(huán)境不舒適度等級(jí)為優(yōu)，但是不適合閑坐等活動(dòng)。危險(xiǎn)度等級(jí)為安全。
[Abstract]:With the rapid development of the society, the height and complexity of the buildings are increasing. Wind has become an important factor affecting the design and safe operation of the buildings. The Zhuhai Opera House is located on Yuyong Island in the east of Xiangzhou, Zhuhai. It is one of the landmark buildings in Zhuhai and the whole Pearl River Delta area. The main building is divided into opera house and small theater, the outer shell is a space grid structure. The opera house has a larger horizontal projection span of 130 m and is a wind-sensitive structure with a large transverse span. It is necessary to study the influence of wind on the building structure and to monitor the wind pressure on the surface of the building structure in real time. For economic reasons, the number of sensors is often limited. It is of great practical significance to predict the distribution of partial pressure in the whole study area. In this paper, the influence of wind on the surface of building structure and surrounding environment of Zhuhai Opera House is studied by using CFD numerical simulation method. The method of using finite wind pressure sensor and mathematical model to predict the surface wind pressure of the structure is discussed. The main contents of this paper are as follows:. The CFD numerical model of Zhuhai Opera House is established by using CATIA and RHINO software. The simulation of 12 wind direction angles based on FLUENT14.5 software platform is carried out. By comparing the CFD numerical simulation with the wind tunnel experiment, the regional shape coefficient is obtained. The distribution law of wind pressure on the surface of building structure under 12 wind direction angles is discussed and analyzed. According to the comparison of the data, it is concluded that the distribution law of wind pressure on the surface of building structure obtained by the two methods is basically the same. However, the wind pressure values at individual direction angles are deviated. According to the distribution law of wind pressure on the surface of building structure and the law of wind speed and wind direction of the site, the layout scheme of wind pressure sensor is determined, and the mathematical model is constructed by using BP artificial neural network. Combined with 32 wind pressure sensors, the wind pressure values of unarranged sensor measuring points and the wind pressure distribution on the outer surface of Zhuhai Opera House film 1 are predicted. The maximum relative error of the predicted sample is 9.60, the maximum average value is 2.43, and the maximum standard deviation is 2.78. The maximum relative error of wind pressure on the whole area of the outer surface of sheet 1 is 5.822, the average value is 0.886and the standard deviation is 0.886. A finite number of wind pressure sensors and mathematical models are used to predict the overall wind pressure distribution in the target area. The wind speed at different heights at 8 directions and angles around the building is obtained by using CFD numerical simulation method. The equivalent wind speed and equivalent wind speed ratio of the target area are obtained according to the numerical simulation results and site information. A method for evaluating the probability of crossing a threshold, The joint evaluation criteria are used to evaluate the uncomfortableness and risk of the pedestrian environment of the Zhuhai Opera House. The assessment shows that the uncomfortableness of the pedestrian environment of the Zhuhai Opera House is excellent, but it is not suitable for activities such as sitting idle. The risk level is safe.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU312.1

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本文編號(hào)：1618245