本文關鍵詞：多折面體型空間結構風荷載數值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大跨度空間結構是最近幾十年來發(fā)展最快的結構形式,多折面體型空間結構便是其中的一種,因其具有輕巧美觀的建筑造型和廣闊的無內柱空間,廣泛應用于體育場館、機場車站、會展中心等大型公共建筑中。然而此種結構形式對風荷載的作用特別敏感,其風荷載問題已成為結構設計的難點與計算風工程的熱點。并且由于大跨度空間結構的體型越來越復雜,現行荷載規(guī)范少有此類體型供于參考,規(guī)范性指導結構的抗風設計就顯得很缺乏。目前,理論方法計算結構的風荷載困難性很大,而現場實測手段和風洞模擬試驗,可以得到較為準確的測試結果,但費時、費人力和物力,以及其適用性不強等,在實際工程中無法廣泛應用。因此,有必要尋求新的解決方法研究結構的抗風設計。隨著計算流體動力學中湍流模型的不斷發(fā)展和完善,以及計算機技術的迅速發(fā)展,用數值模擬結構風荷載的技術已日漸成熟,故采用該方法研究多折面體型空間結構的風荷載對結構抗風設計具有重大現實意義。 本文利用計算軟件CFX14.0作為計算平臺,對多折面體型空間結構的風荷載進行模擬計算與分析,研究的主要內容有： 1.以TTU建筑原型試驗作為簡單方體結構的計算模型,選用不同的湍流模型及不同的風向角進行數值模擬,然后對計算結果進行比較分析,得到了結構表面的風壓分布規(guī)律以及結構周圍流場的繞流特性,驗證數值模擬技術在建筑物風荷載方面的正確性與可靠性。 2.以西寧海湖新區(qū)體育場為多折面體型空間結構的計算實例,建立全比例尺結構模型,沿用前述算例的合理參數,選取了不同的湍流模型及風向角作為模擬的各項工況,對其結構周圍的風荷載進行計算,對得到的模擬結果做出以下分析： (1)選取SSTk-ω剪切應力輸運模型和BSL-RSM雷諾應力模型,在不同風向角來流作用下,分析了湍流模型對屋面風壓分布的影響。 (2)對不同風向角來流的作用,分析了屋面的風壓分布規(guī)律及結構周圍流場的繞流特性。 (3)對模擬數據進行分析,計算了屋蓋表面上的平均風壓系數,給出最不利分區(qū)平均風壓系數,為該類工程的結構抗風設計提供了參考。 通過以上的研究和分析,為多折面體型空間結構的抗風研究與設計提供了一定的參考,并對CFD數值模擬在風荷載研究中的應用做了一些總結和展望。
【關鍵詞】：多折面體型 風荷載 數值模擬 湍流模型 平均風壓系數 計算流域
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU312.1
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究的背景及意義10-13
• 1.1.1 課題背景10-13
• 1.1.2 課題意義13
• 1.2 風工程的研究方法13-15
• 1.2.1 現場實測13
• 1.2.2 風洞試驗13-14
• 1.2.3 理論分析14
• 1.2.4 數值模擬14-15
• 1.3 風工程的研究現狀15-16
• 1.3.1 國外研究15-16
• 1.3.2 國內研究16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 第2章 風荷載特性分析18-24
• 2.1 近地面風18-21
• 2.1.1 大氣邊界層18-19
• 2.1.2 平均風剖面19
• 2.1.3 脈動風特性19-21
• 2.2 特征湍流特性21-22
• 2.3 鈍體繞流特性22-24
• 第3章 CFD數值模擬24-33
• 3.1 基本控制方程24-25
• 3.1.1 連續(xù)方程(質量守恒定律)24
• 3.1.2 運動方程(動量守恒定律)24-25
• 3.1.3 能量守恒方程(能量守恒定律)25
• 3.2 數值模擬方法25-28
• 3.2.1 直接數值模擬26
• 3.2.2 非直接數值模擬26-28
• 3.3 湍流模型28-30
• 3.3.1 渦粘模型28-29
• 3.3.2 雷諾應力方程模型29-30
• 3.4 近壁面的處理30
• 3.5 基于有限體積法的控制方程離散30-32
• 3.5.1 計算流域的離散31
• 3.5.2 方程的離散化31
• 3.5.3 離散化的格式31-32
• 3.6 流場的數值計算(SIMPLE算法)32
• 3.7 本文的計算平臺——CFX32-33
• 第4章 簡單方體結構風荷載的數值模擬33-46
• 4.1 TTU建筑原型試驗風荷載數值模擬33-38
• 4.1.1 計算模型33-34
• 4.1.2 數值模擬方案34-35
• 4.1.3 計算流域的確定35-36
• 4.1.4 網格劃分36-37
• 4.1.5 邊界條件的設定37-38
• 4.1.6 求解器的設置38
• 4.2 計算結果及分析38-44
• 4.2.1 結果對比38-41
• 4.2.2 表面風壓的分析41-44
• 4.2.3 建筑物周圍流場的繞流特性44
• 4.3 本章小結44-46
• 第5章 多折面體型鋼桁架屋蓋結構風荷載的數值模擬46-57
• 5.1 西寧海湖新區(qū)體育場屋蓋結構風荷載數值模擬46-50
• 5.1.1 計算模型46-47
• 5.1.2 數值模擬方案47
• 5.1.3 計算流域模型47-48
• 5.1.4 網格劃分48-49
• 5.1.5 邊界條件的設定49-50
• 5.1.6 求解器的設置50
• 5.2 計算結果及分析50-55
• 5.2.1 湍流模型的影響50-51
• 5.2.2 風向對屋蓋表面風壓分布的影響51-53
• 5.2.3 屋蓋的流場分布特性53-55
• 5.2.4 最不利風向下的分區(qū)平均風壓系數55
• 5.3 本章小結55-57
• 結論與展望57-59
• 結論57-58
• 展望58-59
• 參考文獻59-63
• 致謝63-64
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄64

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前9條

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2 殷惠君;張其林;周志勇;;標準低矮建筑TTU三維定常風場數值模擬研究[J];工程力學;2007年02期

3 顧磊;齊宏拓;劉紅軍;傅學怡;;奧運網球中心賽場風荷載和風環(huán)境數值模擬分析[J];建筑結構學報;2009年03期

4 朱偉亮;楊慶山;;湍流邊界層中低矮建筑繞流大渦模擬[J];建筑結構學報;2010年10期

5 董石麟;邢棟;趙陽;;現代大跨空間結構在中國的應用與發(fā)展[J];空間結構;2012年01期

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本文編號：342154