多跨鞍形膜結構風荷載特性研究.pdf

1、膜結構是二十世紀五十年代發(fā)展起來的一種新的建筑形式，廣泛的運用于各種設施領域當中。與傳統(tǒng)建筑材料不同，膜結構使用的膜材重量輕，只有約傳統(tǒng)建筑物材料的三十分之一。質(zhì)量輕巧的膜結構屬于柔性結構，風荷載對其的影響具有舉足輕重的地位，因此在膜結構設計中，風荷載屬于主要控制荷載。
　　目前對于風荷載的研究方法主要有數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測和風洞試驗。三種方法各有利弊，研究時可根據(jù)實際情況和現(xiàn)實條件選擇合適的方法。本文采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場實測兩種方式

2、，對位于浙江工業(yè)大學朝暉校區(qū)新教樓下的多跨鞍形膜結構進行分析。
　　文章第一部分首先運用四種湍流模型：標準к-ε模型、RNGк-ε模型、Realizableк-ε模型和RSM模型，對某多跨鞍形膜結構進行數(shù)值模擬分析計算，再對其進行現(xiàn)場實測，得到了5s時距的平均風速圖和6個測點上下表面的平均風壓系數(shù)，然后將現(xiàn)場實測結果與數(shù)值模擬結果進行對比，選擇一個與實測數(shù)據(jù)最接近的湍流模型，用這個湍流模型對多跨鞍形膜結構開展后續(xù)研究，為以后相關研

3、究提供一點參考。研究發(fā)現(xiàn)，①現(xiàn)場實測當天平均風速和瞬時風速差距大，陣風特性強。②膜結構表面最高角點處上表面受負壓，下表面受正壓，整個角點受到風對其向上的吸力，凈風壓系數(shù)為-1.4；最低角點處則相反，受到向下的壓力，凈風壓系數(shù)為0.8。③現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結果得出的膜面平均風壓系數(shù)的變化趨勢基本一致，結果吻合較好，驗證了數(shù)值模擬的可靠性。④四種湍流模型均能較好的表現(xiàn)出膜結構表面所受風壓的變化趨勢，四種湍流模型的變化趨勢也相差不多，僅在

4、平均風壓系數(shù)的數(shù)值上有細微差別。對比實測結果可以看出，RNGк-ε模型的模擬結果與實測結果最為接近。
　　文章第二部分運用RNGк-ε模型對多跨鞍形膜結構進行數(shù)值模擬分析，得到了在各種不同條件下多跨鞍形膜結構上下表面的平均風壓系數(shù)圖、凈風壓系數(shù)圖和整體膜結構所處流場的速度矢量圖，以供給今后相關工程作為一定的參考依據(jù)。主要得出的結論有：①多跨鞍形膜結構表面受到的極值風壓部位總是在其角點處，膜結構表面中心處的平均風壓系數(shù)的絕對值相對來

5、說都較小。②多跨鞍形膜結構較高點的上表面總是受到負壓力，下表面總是受到正壓力，結構較低點與較高點相反，上表面總是受到正壓力，下表面總是受到負壓力，即膜結構的高點受到風的吸力，低點受到風的向下的壓力。③隨著膜面初始預應力的改變，膜結構表面的形狀也隨著改變，膜面初始預應力不改變膜結構表面平均風壓系數(shù)的分布形式，對平均風壓系數(shù)的數(shù)值大小影響也不大。④風向角不同，膜結構表面平均風壓系數(shù)的分布形式不同。⑤矢跨比不改變膜結構表面平均風壓系數(shù)的分布形