论文部分内容阅读
本课题属于中国京冶工程技术有限公司设计院研究项目—“CFD数值模拟技术在复杂体型结构风荷载确定中的应用”的一部分。本文选择大跨度结构作为研究对象,因为这类建筑空间大、无内柱且相对低矮,其屋面结构与主体结构相比更易发生风致破坏,因此必须着重考虑风荷载的作用。此类建筑体型复杂,现行建筑结构荷载规范中没有类似的外形可供参考,结构抗风设计缺乏足够的规范性指导。目前,风工程的研究手段包括现场实测、风洞试验和数值模拟。本文主要工作是基于数值模拟方法的大跨度结构表面风荷载的计算。风荷载数值模拟技术的理论核心是流体动力学(CFD)和数值计算方法,它是使用一组微分方程描述空间中流体的流动情况。首先对计算区域进行离散,在此基础上将微分方程转化为代数方程,进而求解微分方程组的数值解,以获得流场的相关性质。本文选择CFD通用计算软件Fluent6.2作为计算平台,研究内容主要有:第一部分:利用数值模拟方法对简单的结构表面的风压和周围的风场的研究。对不同湍流模型和不同网格划分情况下的单个方体结构表面风压作了研究;在不同间距和不同风向角时对两相邻方体结构的周围风场和表面风压作了研究,总结了他们之间干扰影响的特点。第二部分:以武汉天河机场新建航站楼为计算实例,利用数值模拟方法,对建立的实际尺度的几何模型进行了不同风向角时的计算机数值模拟。对得到的模拟结果做出分析:(1)计算了平均风压系数,与风洞试验结果进行比较和分析,验证数值模拟方法的有效性和准确性。(2)对航站楼表面的脉动风压作了初步的研究和介绍,利用带有湍动能的公式计算了脉动风压系数,与风洞实验数据作了比较和分析。(3)对航站楼周围的流场作了分析,从风速矢量分布和风速比值分布两方面研究了流场的分布和航站楼各部分之间的相互干扰影响。通过以上的研究和分析,为大跨度结构的风荷载规范的制定和抗风的研究与设计提供了参考,并对数值模拟方法在研究风荷载方面的应用做了总结和展望。