高層鋼結構流體-結構耦合作用風致響應的數(shù)值模擬研究.pdf

1、高層鋼結構對風荷載是比較敏感的結構。準確確定結構表面的風壓情況，以便進一步研究風對結構的作用，是非常重要的。目前研究建筑物風致動力響應主要有現(xiàn)場實測、風洞試驗研究、理論分析和風工程數(shù)值模擬技術這幾種方法。伴隨著計算機硬件技術的迅速提升，數(shù)值模擬技術已經(jīng)成為人們研究的熱點。但是，目前利用數(shù)值模擬技術計算處在大氣邊界層中建筑物的風致動力響應在許多方面還存在很多困難。因此，對高層鋼結構在風荷載作用下的風致響應開展系統(tǒng)研究具有十分重要的理論意義

2、和工程實用價值。 本文首先給出了流體一結構耦合作用下流體和結構基本控制方程的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述和求解耦合方程的算法。 然后選取CAARC高層建筑模型這類廣泛標準建筑模型，對其建立了三維實際尺度的計算模型，使用通用有限元軟件ADINA計算其在大氣邊界層中的風致動力響應。計算用的湍流模型選取了標準κ-ε模型。本部分分別建立“剛性模型”和“彈性模型”。根據(jù)對“剛性模型”的計

3、算，得到結構表面的風壓分布情況，并與風洞試驗比較。分析結果表明數(shù)值計算結果與風洞試驗結果基本一致。計算“彈性模型”(即考慮流固耦合作用)，得到結構的風振系數(shù)和體型系數(shù)。根據(jù)與“剛性模型”結果的對比，說明了“流固耦合”作用對高層鋼結構的具有明顯的影響，結構設計中應予以考慮。 基于標準建筑模型繞流數(shù)值模擬結果，本文接下來的工作涉及結構風工程中的實際應用問題。本文選取了“高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程”(JGJ 99-98)中幾種典型體型