子域法研究密集桁架對(duì)大跨屋面平均風(fēng)壓的影響.pdf

1、大跨屋蓋是一種屋蓋跨度大、結(jié)構(gòu)柔的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，平均風(fēng)荷載是控制結(jié)構(gòu)安全性能的主要因素之一?，F(xiàn)今大跨屋蓋多以密集桁架作為支撐結(jié)構(gòu)，密集桁架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸相對(duì)細(xì)小，卻緊鄰屋蓋，裸露在外時(shí)對(duì)屋蓋周圍風(fēng)流場(chǎng)存在較大影響。一般風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的縮尺模型對(duì)桁架要做較大近似，而由于建模的難度和計(jì)算資源的限制，數(shù)值風(fēng)洞模擬方法往往忽略桁架的影響，因此有必要尋求一種計(jì)算資源允許、又能考慮桁架對(duì)屋蓋表面平均風(fēng)壓影響、提高計(jì)算精度的方法和手段。 本文參考樹冠

2、流中的思想，采用多孔體子域方法并用能量等效的思想考慮密集桁架對(duì)懸挑屋蓋平均風(fēng)壓的影響，通過嚴(yán)密的流體動(dòng)力學(xué)公式導(dǎo)出對(duì)應(yīng)于SSTk-ω湍流物理模型的添加項(xiàng)，對(duì)通用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件CFX進(jìn)行二次開發(fā)，自編FORTRAN語言與CFX5接口，以提高CFD數(shù)值模擬的計(jì)算精度。主要有以下幾個(gè)方面： 1、作為多孔子域法考慮桁架對(duì)大跨屋蓋平均風(fēng)壓影響的理論依據(jù)，推導(dǎo)出數(shù)值模擬時(shí)采用SSTk-ω湍流物理模型的添加項(xiàng)(源項(xiàng))。即從流體力學(xué)中最基本

3、的雷諾方程出發(fā)，參考樹冠流的阻力定義，添加桁架阻力項(xiàng)，推導(dǎo)了標(biāo)準(zhǔn)k-ω模型的改進(jìn)表達(dá)式，進(jìn)一步變換推導(dǎo)得到本文采用改進(jìn)的SS k-ω模型表達(dá)式。 2、立方體模型可在一定程度上反映低矮封閉的方形大跨體育館建筑，本文通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立方體與簡化桁架組合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性研究，證明了子域法的可行性，并給出子域法運(yùn)用的具體建議。首先采用lINGk-ω模型、SSTk-ω模型對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)結(jié)果的比較表明SSTk-ω模型對(duì)土木

4、工程鈍體繞流效果更好。然后將單榀簡化桁架與立方體組合計(jì)算，分析了桁架對(duì)頂面平均壓力的影響，然后采用子域法考查了網(wǎng)格數(shù)量、子域截面類型和桁架單位體積迎風(fēng)面積經(jīng)驗(yàn)系數(shù)λ變化時(shí)對(duì)屋面風(fēng)壓的影響，給出子域網(wǎng)格控制、子域的截面類型和桁架單位體積迎風(fēng)面積經(jīng)驗(yàn)系數(shù)λ<,e>等相關(guān)建議。最后通過計(jì)算得出了改進(jìn)的求解方程中阻力項(xiàng)、湍流方程中的源項(xiàng)、耗散率方程中的源項(xiàng)單獨(dú)變化時(shí)引起的風(fēng)壓變化規(guī)律。 3、在提出子域法計(jì)算相關(guān)建議的前提下，進(jìn)一步以典型

5、的單側(cè)矩形體育場(chǎng)懸挑看臺(tái)為模型，驗(yàn)證建議值在考慮密集桁架對(duì)大跨懸挑屋蓋平均風(fēng)壓影響時(shí)的可行性。前緣單側(cè)、前后緣雙側(cè)、橫縱向?qū)嶋H桁架的簡化和實(shí)際結(jié)構(gòu)模型與單側(cè)懸挑看臺(tái)模型相組合，并考慮0度、45度、90度三個(gè)代表性的風(fēng)向，歸納出密集桁架對(duì)懸挑屋蓋平均風(fēng)壓的影響規(guī)律，并通過子域法與實(shí)體模型、子域法與無桁架模型的比較分析，驗(yàn)證了子域法對(duì)懸挑屋蓋平均風(fēng)壓數(shù)值模擬精度的提高。 4、子域法在實(shí)際復(fù)雜實(shí)際工程上的初步應(yīng)用。以上海虹口體育場(chǎng)為對(duì)