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截圆柱型充气膜结构结构具有造价低、跨度大、净空高、绿色环保、艺术性强等优点,近年来被大量地运用到商业建筑及工业建筑中,其中部分建筑成已为现代化大都市的标志性建筑。由于该结构是柔性结构,其结构设计中起控制作用的是风荷载,而现行规范中的风荷载体型系数非常简单,满足不了充气膜结构的工程设计需求。有鉴于此,本文主要工作内容如下:
1.对截圆柱形充气膜结构进行刚性模型测压试验,得到该结构的风压系数,包括全风向平均风压系数、最大平均正压系数和负压系数、极大和极小风压系数、均方根风压系数等。分析这些风压系数在2种流场类型、4种膜面和不同风向角下的分布规律及变化规律,研究结果可为该类结构的抗风设计提供详细的参考。同时找出该结构风荷载最不利的位置,有利于抗风设计。
2.借助CFD开展了截圆柱形充气膜的数值模拟研究。通过数值模拟与风洞试验结果的对比,验证了CFD模拟结果的可靠性,并分析了场地类型及风向角对该结构表面风压系数分布的影响。论文还将数值模拟及风洞试验获得的风荷载体型系数同中国建筑结构荷载规范的相应条文进行了对比,提出该类结构风荷载体型系数取值的建议。
3.本文基于CFD开展了均匀流场及B类地貌条件下考虑不同风向角截圆柱形充气膜结构周围风场的研究,从流场模拟结果给出了行人高度水平面风速比数值模拟云图,找出了该结构周边风环境中对行人最不利的位置。
主要结论如下:
1.模型的最大正平均风压系数常出现于迎风面底部区域,顶部大部分区域的全风向最大平均正压系数为负值,说明顶部在风荷载作用下只受风吸力作用。脊线底部到中部位置多种工况下在在风向角为10°到60°的区间处于均高负压区,该部位的最不利风向角风向角所在的角度范围是30°到40°,平均风压系数最高达到-1.6。极小风压系数的最大值多出现于结构长边底部转角及脊线底部位置,参考值为-2.5至-1.8。该部位是截圆柱形充气膜结构中最薄弱的位置。
2.本文使用两种方法得到的风荷载体型系数基本一致,但均和中国规范类似结构的体型系数有差别。截圆柱形充气膜结构有必要通过风洞试验或者数值模拟来确定其风荷载分布。本文给出的体型系数图在结构设计时有具有参考价值。
3.均匀流场及B类流场中不同风向角下,该结构的背风面及垂直于来流方向的两侧区域,风速比数值都大于0.5。特定风向角下,在结构长边两侧靠后的区域风速比数值超过1.2,脊线底部的区域风速比数值超过1.5。在强风作用下,这些位置的行人安全会受到较大威胁,应该引起设计人员的重视。
1.对截圆柱形充气膜结构进行刚性模型测压试验,得到该结构的风压系数,包括全风向平均风压系数、最大平均正压系数和负压系数、极大和极小风压系数、均方根风压系数等。分析这些风压系数在2种流场类型、4种膜面和不同风向角下的分布规律及变化规律,研究结果可为该类结构的抗风设计提供详细的参考。同时找出该结构风荷载最不利的位置,有利于抗风设计。
2.借助CFD开展了截圆柱形充气膜的数值模拟研究。通过数值模拟与风洞试验结果的对比,验证了CFD模拟结果的可靠性,并分析了场地类型及风向角对该结构表面风压系数分布的影响。论文还将数值模拟及风洞试验获得的风荷载体型系数同中国建筑结构荷载规范的相应条文进行了对比,提出该类结构风荷载体型系数取值的建议。
3.本文基于CFD开展了均匀流场及B类地貌条件下考虑不同风向角截圆柱形充气膜结构周围风场的研究,从流场模拟结果给出了行人高度水平面风速比数值模拟云图,找出了该结构周边风环境中对行人最不利的位置。
主要结论如下:
1.模型的最大正平均风压系数常出现于迎风面底部区域,顶部大部分区域的全风向最大平均正压系数为负值,说明顶部在风荷载作用下只受风吸力作用。脊线底部到中部位置多种工况下在在风向角为10°到60°的区间处于均高负压区,该部位的最不利风向角风向角所在的角度范围是30°到40°,平均风压系数最高达到-1.6。极小风压系数的最大值多出现于结构长边底部转角及脊线底部位置,参考值为-2.5至-1.8。该部位是截圆柱形充气膜结构中最薄弱的位置。
2.本文使用两种方法得到的风荷载体型系数基本一致,但均和中国规范类似结构的体型系数有差别。截圆柱形充气膜结构有必要通过风洞试验或者数值模拟来确定其风荷载分布。本文给出的体型系数图在结构设计时有具有参考价值。
3.均匀流场及B类流场中不同风向角下,该结构的背风面及垂直于来流方向的两侧区域,风速比数值都大于0.5。特定风向角下,在结构长边两侧靠后的区域风速比数值超过1.2,脊线底部的区域风速比数值超过1.5。在强风作用下,这些位置的行人安全会受到较大威胁,应该引起设计人员的重视。