子域法研究密集桁架對大跨屋面平均風壓的影響.pdf

1、大跨屋蓋是一種屋蓋跨度大、結(jié)構(gòu)柔的風敏感結(jié)構(gòu)，平均風荷載是控制結(jié)構(gòu)安全性能的主要因素之一?，F(xiàn)今大跨屋蓋多以密集桁架作為支撐結(jié)構(gòu)，密集桁架結(jié)構(gòu)復雜，尺寸相對細小，卻緊鄰屋蓋，裸露在外時對屋蓋周圍風流場存在較大影響。一般風洞實驗的縮尺模型對桁架要做較大近似，而由于建模的難度和計算資源的限制，數(shù)值風洞模擬方法往往忽略桁架的影響，因此有必要尋求一種計算資源允許、又能考慮桁架對屋蓋表面平均風壓影響、提高計算精度的方法和手段。 本文參考樹冠

2、流中的思想，采用多孔體子域方法并用能量等效的思想考慮密集桁架對懸挑屋蓋平均風壓的影響，通過嚴密的流體動力學公式導出對應(yīng)于SSTk-ω湍流物理模型的添加項，對通用計算流體動力學軟件CFX進行二次開發(fā)，自編FORTRAN語言與CFX5接口，以提高CFD數(shù)值模擬的計算精度。主要有以下幾個方面： 1、作為多孔子域法考慮桁架對大跨屋蓋平均風壓影響的理論依據(jù)，推導出數(shù)值模擬時采用SSTk-ω湍流物理模型的添加項(源項)。即從流體力學中最基本

3、的雷諾方程出發(fā)，參考樹冠流的阻力定義，添加桁架阻力項，推導了標準k-ω模型的改進表達式，進一步變換推導得到本文采用改進的SS k-ω模型表達式。 2、立方體模型可在一定程度上反映低矮封閉的方形大跨體育館建筑，本文通過對標準立方體與簡化桁架組合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性研究，證明了子域法的可行性，并給出子域法運用的具體建議。首先采用lINGk-ω模型、SSTk-ω模型對其進行數(shù)值模擬，計算結(jié)果與風洞實驗和實測結(jié)果的比較表明SSTk-ω模型對土木

4、工程鈍體繞流效果更好。然后將單榀簡化桁架與立方體組合計算，分析了桁架對頂面平均壓力的影響，然后采用子域法考查了網(wǎng)格數(shù)量、子域截面類型和桁架單位體積迎風面積經(jīng)驗系數(shù)λ變化時對屋面風壓的影響，給出子域網(wǎng)格控制、子域的截面類型和桁架單位體積迎風面積經(jīng)驗系數(shù)λ<,e>等相關(guān)建議。最后通過計算得出了改進的求解方程中阻力項、湍流方程中的源項、耗散率方程中的源項單獨變化時引起的風壓變化規(guī)律。 3、在提出子域法計算相關(guān)建議的前提下，進一步以典型

5、的單側(cè)矩形體育場懸挑看臺為模型，驗證建議值在考慮密集桁架對大跨懸挑屋蓋平均風壓影響時的可行性。前緣單側(cè)、前后緣雙側(cè)、橫縱向?qū)嶋H桁架的簡化和實際結(jié)構(gòu)模型與單側(cè)懸挑看臺模型相組合，并考慮0度、45度、90度三個代表性的風向，歸納出密集桁架對懸挑屋蓋平均風壓的影響規(guī)律，并通過子域法與實體模型、子域法與無桁架模型的比較分析，驗證了子域法對懸挑屋蓋平均風壓數(shù)值模擬精度的提高。 4、子域法在實際復雜實際工程上的初步應(yīng)用。以上海虹口體育場為對