基于RANS模型的球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載數(shù)值模擬研究.pdf

1、球型結(jié)構(gòu)近年來受到了建筑師的普遍青睞，因其擁有優(yōu)美的曲面造型、無柱的內(nèi)部空間，以及在功效和經(jīng)濟方面的諸多優(yōu)點，在建筑設(shè)計過程中被廣泛的應(yīng)用。然而球型結(jié)構(gòu)也是一種風(fēng)敏感形建筑結(jié)構(gòu)形式，在風(fēng)荷載作用下極易發(fā)生破壞。在實際工程中，由于各種球型結(jié)構(gòu)的直徑大小并不相同，所處的位置也多種多樣（有的以半球的形式嵌入地面，有的則在某些結(jié)構(gòu)支撐下整體懸在空中），決定了球型結(jié)構(gòu)所受到的風(fēng)荷載情況較為復(fù)雜。直接預(yù)測球型結(jié)構(gòu)表面風(fēng)荷載大小是一件較為困難的事情，

2、這就迫切需要對球型結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布進行系統(tǒng)地研究。
　　關(guān)于球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的評估，目前規(guī)范中僅有與球型結(jié)構(gòu)相類似的旋轉(zhuǎn)殼頂結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載體型系數(shù)計算公式可供利用，但其只可對小于半球形的球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載進行預(yù)測，該公式的可靠性也需要進一步評價。球型結(jié)構(gòu)由于其形狀的特殊性，便于形成規(guī)律性認識。因此本文對球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載展開大量而系統(tǒng)的研究，總結(jié)出風(fēng)荷載的變化規(guī)律，對實際球型結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計具有重要的工程意義。本文主要研究了以下幾項內(nèi)容:
　　

3、1．本文采用6m立方體和風(fēng)洞試驗半球面模型對三個常用的RANS模型和幾種數(shù)值離散格式進行了對比驗證。最終，選擇了RNG k-ε湍流模型和二階迎風(fēng)格式。
　　2．本文基于RANS模型中的RNG k-ε湍流模型，考慮了球型結(jié)構(gòu)直徑大小的不同，以及球頂離地面高度的不同，對眾多球型結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載展開了大量而系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究，總結(jié)出了眾多球型結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)壓系數(shù)和風(fēng)荷載體型系數(shù)的變化規(guī)律。
　　3．分塊平均風(fēng)壓系數(shù)對結(jié)構(gòu)的工程抗風(fēng)設(shè)計十

4、分重要。由計算結(jié)果可知，分塊平均風(fēng)壓系數(shù)的極大負值都出現(xiàn)在球型結(jié)構(gòu)頂部的背風(fēng)區(qū)域，而且該值隨球型結(jié)構(gòu)頂點離地面位置的不同變化規(guī)律十分明顯,本文根據(jù)眾多計算結(jié)果基于最小二乘法擬合了二者的計算公式，并初步驗證了該公式的可靠性。該公式對直接預(yù)測各種實際球型結(jié)構(gòu)頂部區(qū)域的極大負壓具有重要的參考價值。
　　4．對于結(jié)構(gòu)的工程抗風(fēng)設(shè)計，有時更關(guān)心局部的平均風(fēng)荷載值。計算結(jié)果顯示，分塊風(fēng)荷載體型系數(shù)極大正值都出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面前緣，極大負值大都出現(xiàn)

5、在結(jié)構(gòu)頂端的背風(fēng)區(qū)域，但當(dāng)結(jié)構(gòu)整體離開地面后，結(jié)構(gòu)底部的極值同樣不可忽略。對于同一直徑的球型結(jié)構(gòu)，隨著工況編號的增大，分塊風(fēng)荷載體型系數(shù)極值逐漸增大，但當(dāng)結(jié)構(gòu)整體離開地面前，這種增大趨勢較為明顯，球體懸在空中后增大趨勢則變得較為平緩。
　　5．采用我國規(guī)范中旋轉(zhuǎn)殼頂結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載體型系數(shù)計算公式，對小于半球形的球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載進行預(yù)測，將數(shù)值模擬結(jié)果與公式計算結(jié)果進行對比，并對應(yīng)用旋轉(zhuǎn)殼頂公式進行球型結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載預(yù)測的可靠性進行了評價。當(dāng)