【摘要】：為改善復(fù)雜體型折疊網(wǎng)殼房屋的抗風(fēng)性能,使其在風(fēng)荷載作用下具有合理外形,基于計算流體動力學(xué)(CFD)的基本理論,運(yùn)用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)對比驗證,探討與分析輕型折疊網(wǎng)殼房屋的合理數(shù)值風(fēng)洞,包括邊界條件、計算域尺寸、網(wǎng)格劃分方式、離散格式、求解算法、湍流模型等基本參數(shù)和技術(shù)的確定。按照《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 7—2010)與野營房屋使用功能要求,以矢跨比、端門傾角、端門高為尺寸參數(shù),設(shè)計出28種建筑體型,以0°,30°,45°,60°,90°風(fēng)向角為分析參數(shù)進(jìn)行140種工況的數(shù)值模擬,得出輕型折疊網(wǎng)殼房屋不同體型表面風(fēng)壓分布特性與風(fēng)荷載體型系數(shù)。在此基礎(chǔ)上以風(fēng)壓分布最均勻與體型系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差最小為優(yōu)化目標(biāo),對輕型折疊網(wǎng)殼房屋進(jìn)行基于抗風(fēng)設(shè)計的體型優(yōu)化分析,得到抗風(fēng)性能良好的合理外形。結(jié)果表明,經(jīng)優(yōu)化的外形可有效化解房屋表面的不利風(fēng)壓分布,極大提高折疊網(wǎng)殼的抗風(fēng)性能。
【圖文】：

第49卷第11期顏衛(wèi)亨，等．基于抗風(fēng)設(shè)計的折疊網(wǎng)殼房屋外形優(yōu)化研究圖1野營折疊網(wǎng)殼房屋外形驗，以建筑風(fēng)力系數(shù)平均值與均方根值為優(yōu)化目標(biāo)，分析了削角和凹角的改變對建筑風(fēng)荷載的影響。但目前的研究仍存在不足之處，目前研究主要集中在對沿海地區(qū)永久性房屋的研究上，且研究對象體型較為簡單，對復(fù)雜體型的建筑如輕型折疊網(wǎng)殼房屋等的抗風(fēng)優(yōu)化研究較為缺乏。西北工業(yè)大學(xué)翼型研究中心［3］對特定體型的野營折疊網(wǎng)殼房屋進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，文獻(xiàn)［4-5］運(yùn)用數(shù)值模擬方法從理論上闡述了風(fēng)速、風(fēng)向角、開洞位置與大小對其風(fēng)荷載體型系數(shù)的影響，，但是針對折疊網(wǎng)殼房屋外形優(yōu)化的研究尚未深入開展，理論研究滯后于工程應(yīng)用。數(shù)值模擬方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如周期短、成本低、能夠改變各種參數(shù)來研究其對結(jié)果的影響，且不受試驗干擾效應(yīng)的影響。因此本文以風(fēng)洞試驗為基礎(chǔ)，建立數(shù)值風(fēng)洞，即利用計算機(jī)建立的虛擬風(fēng)洞模型來模擬真實(shí)風(fēng)環(huán)境。對多體型、多工況折疊網(wǎng)殼房屋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，得到具有良好抗風(fēng)性能的合理外形，對開發(fā)新型野營折疊網(wǎng)殼房屋具有較好的理論意義與工程應(yīng)用價值，同時也為類似輕型房屋抗風(fēng)外形優(yōu)化提供理論依據(jù)和設(shè)計方法。1數(shù)值模擬的基礎(chǔ)性研究1.1數(shù)值模擬的分析模型與工況設(shè)計通過收集野營住房設(shè)備資料并統(tǒng)計其幾何尺寸，同時參考《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JG17—2010)［6］，在建筑滿足排水、采光及其他使用要求的前提下選取合理的建筑模型參數(shù)，采用無量綱的方法設(shè)計建筑模型，根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于影響建筑物表面風(fēng)效應(yīng)尺寸參數(shù)的研究［7-9］，將矢跨比、端門傾角、端門高選為優(yōu)化參數(shù)，選取端門傾角α為40°，45°，55°，90°，端門高h(yuǎn)為0，H/4(H為建筑高度)，矢跨比H/B(B為建筑寬度)為1/2，1/3?

國內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于影響建筑物表面風(fēng)效應(yīng)尺寸參數(shù)的研究［7-9］，將矢跨比、端門傾角、端門高選為優(yōu)化參數(shù)，選取端門傾角α為40°，45°，55°，90°，端門高h(yuǎn)為0，H/4(H為建筑高度)，矢跨比H/B(B為建筑寬度)為1/2，1/3，1/4，2/3，共計28種建筑模型，如表1所示。表1中的方案00為原模型，其矢跨比H/B=0.55，端門傾角α=48°，端門高h(yuǎn)=H/4。在10m/s的風(fēng)速下，對房屋表面風(fēng)場分別進(jìn)行0°，30°，45°，60°，90°風(fēng)向角下共計140種工況的風(fēng)壓分布數(shù)值模擬。風(fēng)向角、風(fēng)洞試驗測點(diǎn)、房屋表面分區(qū)與幾何尺寸的規(guī)定如圖2所示。折疊網(wǎng)殼優(yōu)化方案表1優(yōu)化方案編號矢跨比H/B端門傾角α/°端門高h(yuǎn)/m優(yōu)化方案編號矢跨比H/B端門傾角α/°端門高h(yuǎn)/m000.5548H/4151/4400011/2400161/440H/4021/240H/4171/4450031/2450181/445H/4041/245H/4191/4550051/2550201/455H/4061/255H/4211/4900071/2900222/3400081/3400232/340H/4091/340H/4242/3450101/3450252/345H/4111/345H/4262/3550121/3550272/355H/4131/355H/4282/3900141/3900注:00為折疊網(wǎng)殼房屋初始形態(tài)，01～28為折疊網(wǎng)殼房屋28種優(yōu)化模型。圖2風(fēng)向角、1～25測點(diǎn)、房屋表面分區(qū)和幾何尺寸的規(guī)定1.2折疊網(wǎng)殼房屋數(shù)值風(fēng)洞的建立本文通過與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，建立合理的數(shù)值風(fēng)洞，對所獲得的數(shù)值解進(jìn)行準(zhǔn)確性和合理性驗證，確定輕型折疊網(wǎng)殼房屋在多體型、多工況下數(shù)值模擬的合理參數(shù)與關(guān)鍵技術(shù)。選取B類地貌風(fēng)場，風(fēng)速為10m/s，以0°風(fēng)向角為例，對不同關(guān)鍵參數(shù)下折疊網(wǎng)殼房屋模型數(shù)值風(fēng)洞進(jìn)行計算，探討與分析網(wǎng)格數(shù)量、離散格式、求解算法和湍流模型等參數(shù)和技術(shù)對計算結(jié)果的影響。網(wǎng)格單元數(shù)量選取70萬、130萬和200

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1 張U

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