体育场看台悬挑屋盖具有跨度大、结构柔、质量轻等特点,是一种典型的风敏感结构。由于其周围流场的绕流特性十分复杂,由屋盖本身引起的特征湍流影响显著,拟定常假设已不再适用,至今为止没有合适的风荷载模型可供结构抗风设计使用,因此,很有必要对悬挑屋盖的风荷载特性进行系统、深入的研究,以确立实用的风荷载模型。此外,因为悬挑屋盖上的风荷载作用机理尚不清楚,其在强风作用下的风致局部破坏屡有发生,有必要对它开展气动控制研究。针对以上研究背景本文首先采用CFD数值模拟和风洞试验相结合的方法对悬挑屋盖的风荷载特性进行了系统的研究,在此基础上分别确立了悬挑屋盖的平均风荷载和脉动风荷载模型。然后采用CFD数值模拟方法对悬挑屋盖的气动控制方法和原理进行了深入的研究和探讨。具体的主要工作和结论包括以下四方面:1.针对建筑风工程的特点,研究了建筑物CFD模拟关键技术:(a)探讨了建筑物绕流场计算时计算域的设置、湍流模型的选择和计算网格划分三个主要影响参数的设置问题,并给出了相应的技术建议,可为实际工程的绕流场模拟提供参考。(b)采用一系列高效方法模拟了大气边界层湍流入口,保证了LES方法在模拟建筑物绕流时的计算效率和计算精度。具体的主要技术和结论包括:①通过引入随机场的高效描述方法——本征正交分解技术(POD),将其与谐波合成法(WAWS)相结合,编制了一种高效的随机风场模拟方法——WAWS/POD法的计算程序,该方法能在保证计算精度的同时亦具有较高的计算效率,有效地解决了以往方法在模拟多点、长序列随机场时矩阵维数超限的问题;②针对生成的脉动风速时间序列由于不满足连续性方程影响LES计算的收敛性问题,通过引入无散度修正技术,并编制了相应的程序,有效地提高了计算精度;③针对大涡模拟对计算资源要求苛刻的问题,为了提高其运算效率,基于FLUENT软件平台编制了可用于并行计算的用户自定义函数接口程序。2.探讨了最不利风向下来流地貌、屋盖倾角、跨高比、看台后部通风率、下部看台形式以及上游看台的干扰等参数对悬挑屋盖所受平均风荷载的影响,并在此基础上确立了考虑主要因素影响的平均风荷载模型。3.研究和分析了悬挑屋盖的脉动风荷载特性,并在此基础上确立了考虑特征湍流影响的脉动风荷载模型。4.探讨了悬挑屋盖结构的气动控制方法与原理,设计了两种实用的辅助气动控制装置,并验证了其可行性。