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《浙江大学》 2005年
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建筑物表面风荷载的数值模拟研究

彪仿俊  
【摘要】:风荷载对于建筑物来说是一项非常重要的荷载,是建筑结构设计中不可缺少的。随着大跨度、超高层建筑、大跨度桥梁的大量出现,风荷载也扮演着越来越重要的作用,某些情况下甚至成为设计的控制荷载。因此如何去确定建筑物表面风压的情况,以便进一步研究风对结构的作用就显得非常重要。 目前研究建筑物风荷载的分布情况主要有现场实测,风洞试验和数值模拟计算三种方法,其中风洞试验是现阶段的主要手段。利用大气边界层风洞试验方法研究风对土木工程中结构的作用开始于50年代,已经有50多年的历史,研究方法较为成熟。风洞试验方法在风工程的研究和工程领域中发挥了重要作用。计算风工程是随着计算机技术和计算流体力学的发展而出现的,开始于80年代,有了20多年的历史,它自出现起就成为了风工程领域研究和发展的热点,相比较传统方法它具有独特的优势。 本文采用风洞模型试验和计算机数值计算相结合的方法,研究内容包括对复杂体型的高层和大跨度结构的表面平均风压分布,简单体型的大跨度平屋面结构的平均和脉动风荷载的计算分析。本文的重点放在了建筑物表面风荷载数值模拟的实现方法,以及使用它进行实际工程问题的风荷载计算的可行性与可靠性讨论上,最后指出了它的不足和需要进一步解决的问题。 在本文的研究工作中,平均风荷载的计算对象选取了一个典型的高层和一个大跨度屋面结构,对其建立了实际尺度的刚性模型,选择了合适的网格划分形式,并准确的模拟大气中来流的风剖面。计算用的湍流模型选取了可实现的k—ε模型(Realizable k—ε)并配合非平衡的壁面函数法(non-equilibrium Wall Functions)处理近壁面的湍流状态,计算了这些建筑物表面的平均风压分布,与试验结果进行了比较和分析,取得了比较满意的结果。对于大跨度的屋面结构,还使用了面积分的方法计算了屋盖上的分块风压系数,并将这一实际工程中使用的系数和风洞试验方法得到的相应结果进行了比较析。 此外,本文采用了大涡模拟的方法对简单体型的大跨度平屋面结构进行了非 浙江大学硕士论文 建筑物表面风荷载的数值模拟研究 定常流场的计算,使用了自回归模型产生了脉动风速的时间序列,并经过无散度 化运算和流量修正后将其带入到了实际计算的边界条件当中,该脉动风速的时间 序列很好地满足了预先设定的脉动风速谱、空间相关性和连续性方程的要求。计 算得到了整个屋面上的风压系数的时程,经过时间统计取得了屋面上的平均风压 系数和脉动风压系数,与试验结果的比较证明了从来流模拟到对风荷载计算及数 据后处理的方法的正确性,为采用更加精确的来流条件以及对复杂结构的平均和 脉动风荷载进行非定常的计算进行了有益的尝试。 关键词:高层建筑;大跨度屋面结构;风洞试验;计算风工程;计算流体动力学; 平均风压系数:脉动风压系数;可实现的无一:湍流模型;非平衡壁面函数;大 涡模拟 泛
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU312.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 楼文娟;孙斌;卢旦;沈国辉;;复杂型体悬挑屋盖风荷载风洞试验与数值模拟[J];建筑结构学报;2007年01期
2 卢旦;李承铭;王国俭;;上海金茂大厦风振响应的CFD非稳态数值模拟分析[J];土木工程学报;2008年08期
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4 卢旦;李承铭;;基于嵌入空间变形体法的流固耦合网格更新[J];浙江大学学报(工学版);2013年03期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 卢旦;风致内压特性及其对建筑物作用的研究[D];浙江大学;2006年
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4 潘峰;大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D];浙江大学;2008年
5 罗楠;大跨屋盖结构风致振动分析及等效静力风荷载研究[D];西南交通大学;2012年
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1 杨阳;大跨度屋盖围护结构风致破坏数值模拟研究[D];北京交通大学;2011年
2 洪江波;大跨度空间结构风场实测系统验证与应用[D];浙江大学;2012年
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4 李琦;火车站大型雨棚的风压实验研究与数值模拟[D];西南交通大学;2006年
5 白桦;塔桅结构风荷载的数值模拟研究[D];长安大学;2006年
6 关萍;观光塔通风口绕流的试验研究及数值分析[D];长安大学;2006年
7 刘梅;大跨度屋盖结构的抗风计算与实现[D];山东大学;2006年
8 傅小坚;双塔高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟研究[D];浙江大学;2007年
9 赵群雄;东南沿海低层房屋抗风研究[D];同济大学;2007年
10 吕军;圆弧形双层幕墙风荷载数值模拟研究[D];浙江大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【共引文献】
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3 褚濛;吕鹏;陈镕;;考虑土-结构相互作用时高层建筑风振系数的计算分析[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2007年
4 彪仿俊;沈国辉;孙炳楠;;大跨度平屋面结构平均和脉动风荷载的数值模拟[A];2004全国结构风工程实验技术研讨会论文集[C];2004年
5 卢旦;楼文娟;孙炳楠;唐锦春;;建筑物突然开孔时风致瞬态内压研究[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
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8 金来建;唐洪杰;冯丹;崔春莲;;北京维尼纶厂1号主厂房结构改造中的几个问题[A];结构混凝土创新与可持续发展——第十三届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C];2005年
9 周云;郭永恒;;城市防灾减灾工程篇[A];工程建设技术发展研究报告[C];2006年
10 肖仪清;李利孝;吴志学;李朝;李秋胜;宋丽莉;;基于近地观测的台风脉动风速谱研究[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(上册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢栋;一种单层折面网壳结构的理论分析和试验研究[D];浙江大学;2011年
2 史庆轩;钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D];西安建筑科技大学;2002年
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5 唐昌辉;无粘结预应力混凝土梁和型钢混凝土柱的试验与研究[D];湖南大学;2003年
6 施养杭;石粉在石砌体结构抗震加固中的应用研究[D];天津大学;2003年
7 卢林枫;钢结构错列桁架体系结构分析与设计方法[D];西安建筑科技大学;2003年
8 张国军;大型火力发电厂高强混凝土框架柱的抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2003年
9 贾英杰;中高层密肋壁板结构计算理论及设计方法研究[D];西安建筑科技大学;2004年
10 毛国栋;索膜结构设计方法研究[D];浙江大学;2004年
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1 崔碧琪;雷暴冲击风对球壳型及拱型屋面作用的研究[D];浙江大学;2011年
2 林焕彬;核电常规岛的风荷载数值模拟研究[D];华南理工大学;2011年
3 许姝姗;开孔厂房风压数值模拟与结构易损性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 蒋明;复杂双塔结构风荷载数值模拟[D];西安建筑科技大学;2011年
5 傅继阳;大跨屋盖结构风荷载特性及其气动抗风措施的研究[D];汕头大学;2002年
6 彭建国;公路衡重式挡土墙优化设计与应用研究[D];湖南大学;2002年
7 田森源;大跨椭球面层盖和圆锥面幕墙组合结构的风效应研究[D];浙江大学;2003年
8 王珩;体育场大跨网架屋盖结构的风振响应和风振系数研究[D];浙江大学;2003年
9 曾裕林;空间网格结构计算机辅助设计系统研究[D];湖南大学;2003年
10 庄继勇;干熄焦钢框架的可靠性评定与加固技术研究[D];西安建筑科技大学;2002年
【同被引文献】
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1 陈波;杨庆山;武岳;;大跨屋盖结构抗风类型划分方法及应用[J];北京交通大学学报;2011年04期
2 何艳丽,徐国彬;空间网格结构的自动成形[J];北方交通大学学报;1996年05期
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6 俞启灏;;国产施工升降机今后的发展[J];北京建筑工程学院学报;2005年04期
7 孙建梅;叶继红;程文瀼;;考虑空间相干的虚拟激励法在大跨度空间结构随机振动分析中的应用[J];铁道科学与工程学报;2007年05期
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9 戴君武,张敏政,黄玉壟;偏心结构扭转振动研究中几个基本参量的讨论[J];地震工程与工程振动;2002年06期
10 梁枢果,刘胜春,张亮亮,王奇志,罗永宁,付晓丽;矩形高层建筑扭转动力风荷载解析模型[J];地震工程与工程振动;2003年03期
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1 顾明;罗攀;黄鹏;;高层和低矮建筑国际标模风洞试验[A];2004全国结构风工程实验技术研讨会论文集[C];2004年
2 李元齐;Yukio Tamura;沈祖炎;;基于风洞试验的单层网壳结构有效风荷载分布估计[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
3 黄明开;倪振华;谢壮宁;;里兹向量直接叠加法在圆拱顶屋盖风致响应分析中的应用[A];第十一届全国结构风工程学术会议论文集[C];2004年
4 孙晓颖;林斌;吴晓蓉;武岳;沈世钊;;CFD技术在大跨屋盖结构风荷载确定中的应用[A];第十一届空间结构学术会议论文集[C];2005年
5 陈伏彬;李秋胜;李正农;吴玖荣;傅继阳;郅伦海;;广州国际会展中心钢屋盖现场实测研究[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(上册)[C];2007年
6 高辉;王小平;邹吉文;聂紫龙;;格构轻钢刚架梁试验及有限元建模方法研究[A];钢结构工程研究(九)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第13届(ISSF-2012)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王吉民;薄膜结构的风振响应分析和风洞试验研究[D];浙江大学;2001年
2 陆锋;大跨度平屋面结构的风振响应和风振系数研究[D];浙江大学;2001年
3 付国宏;低层房屋风荷载特性及抗台风设计研究[D];浙江大学;2002年
4 周晓泉;复杂边界条件下的三维紊流数值模拟研究[D];四川大学;2003年
5 董安正;高层建筑结构抗风可靠性分析[D];大连理工大学;2002年
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8 马红艳;海洋平台结构优化设计方法与软件[D];大连理工大学;2003年
9 燕辉;复杂体型高层建筑风荷载及风振响应研究[D];浙江大学;2004年
10 陈贤川;大跨度屋盖结构风致响应和等效风荷载的理论研究及应用[D];浙江大学;2005年
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1 陈盛;大跨屋盖表面非高斯风压峰值因子的研究[D];北京交通大学;2011年
2 沈东;发动机前缘导向叶片复合材料热气防冰系统性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 张朝晖;大跨度环形悬挑屋盖结构表面风荷载特性研究[D];重庆大学;2011年
4 张志成;再入体表面脉动压力环境的分析与预测[D];国防科学技术大学;2002年
5 王珩;体育场大跨网架屋盖结构的风振响应和风振系数研究[D];浙江大学;2003年
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10 王栎;空间立体桁架结构体系的抗风特性研究[D];西安建筑科技大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙毅;李正良;黄汉杰;陈朝晖;魏奇科;;山地风场中圆形截面超高层建筑风荷载谱[J];重庆大学学报;2011年08期
2 董达善;俞浩;;典型起重机双箱梁结构的CFD风载研究[J];中国工程机械学报;2009年01期
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6 高炜文;傅继阳;徐安;黄友钦;;群体高层建筑风效应的数值模拟[J];广州大学学报(自然科学版);2013年06期
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8 宫博;李正农;罗叠峰;;周边建筑对体育馆屋盖和幕墙风荷载的干扰[J];湖南大学学报(自然科学版);2010年07期
9 吴立;张华林;彭兴黔;周显鹏;;大跨屋盖风荷载风洞试验及数值模拟[J];华侨大学学报(自然科学版);2010年03期
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1 卢旦;李承铭;王国俭;田炜;;基于CFD非稳态数值模拟的结构风振响应分析[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2007年
2 徐晓明;林颖儒;李剑峰;林高;陈海华;沈洋;;松江大学城体育馆、游泳馆结构设计[A];建筑结构(2009·增刊)——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年
3 徐晓明;黄怡;张士昌;;潍坊学院体育馆结构设计[A];建筑结构(2009·增刊)——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年
4 卢旦;李承铭;;上海世博会日本馆风荷载特性的数值模拟研究[A];建筑结构(2009·增刊)——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于艳丽;桥建合一大型站房结构关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
2 聂少锋;低层冷弯薄壁型钢结构住宅风洞试验研究及数值分析[D];长安大学;2009年
3 邢栋;一种单层折面网壳结构的理论分析和试验研究[D];浙江大学;2011年
4 余志祥;高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D];西南交通大学;2011年
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6 黄橙;新型流体有限元方法研究及其在风场绕流和结构耦合风效应中的应用[D];上海交通大学;2011年
7 方江生;复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计研究[D];同济大学;2007年
8 金虎;X型超高层建筑三维风荷载与风致响应研究[D];浙江大学;2008年
9 潘峰;大跨度屋盖结构随机风致振动响应精细化研究[D];浙江大学;2008年
10 李焕龙;风压激励下雨幕墙压力平衡研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭堂州;膜结构风荷载的数值模拟研究[D];广东工业大学;2011年
2 谷攀;弯道取水口水力特性研究[D];内蒙古农业大学;2011年
3 林焕彬;核电常规岛的风荷载数值模拟研究[D];华南理工大学;2011年
4 杨阳;大跨度屋盖围护结构风致破坏数值模拟研究[D];北京交通大学;2011年
5 张明晶;大跨桥梁抗风试验装备及平板吸气抗风方法[D];东北农业大学;2011年
6 宋雪飞;导管架式海洋平台在火灾作用下的结构响应分析[D];中国海洋大学;2011年
7 张朝晖;大跨度环形悬挑屋盖结构表面风荷载特性研究[D];重庆大学;2011年
8 李江;基于风致振动机理的MEMS微型风力发电机结构设计及实验研究[D];重庆大学;2011年
9 李倩;基于神经网络的结构横风向风振时程响应分析[D];西安建筑科技大学;2011年
10 蒋明;复杂双塔结构风荷载数值模拟[D];西安建筑科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 吴太成,陈钦豪;深圳机场航站楼扩建工程风压风洞试验研究[J];建筑结构学报;1997年04期
2 丁宗梁,张华;北京西站主站房建筑风荷载模拟实验研究[J];建筑结构学报;1996年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈水生,孙炳楠,楼文娟;安徽国际会展中心风洞试验研究[J];建筑结构;2002年03期
2 武文斐,符永正,李义科;高层建筑表面风压分布规律的数值计算与分析[J];建筑热能通风空调;1997年01期
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5 戴益民;李秋胜;李正农;;低矮房屋屋面风压特性的实测研究[J];土木工程学报;2008年06期
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7 王广勇;薛素铎;;基于流固耦合的膜结构风压系数[J];北京工业大学学报;2009年02期
8 全涌;严志威;温川阳;方鸿强;顾明;;开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究[J];建筑结构;2011年04期
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭堂州;膜结构风荷载的数值模拟研究[D];广东工业大学;2011年
2 刘春艳;福建土楼群屋面风压干扰效应研究[D];华侨大学;2011年
3 吴奎;基于CFD理论建筑膜结构风荷载数值模拟研究[D];重庆大学;2013年
4 李琦;火车站大型雨棚的风压实验研究与数值模拟[D];西南交通大学;2006年
5 刘申会;高层建筑的风荷载特性数值模拟研究[D];湖南大学;2013年
6 梁向丽;高层建筑周围风场研究[D];武汉科技大学;2004年
7 关萍;观光塔通风口绕流的试验研究及数值分析[D];长安大学;2006年
8 吕施展;具有自然通风功能的光导管系统通风效果CFD研究[D];北京工业大学;2007年
9 蒋明;复杂双塔结构风荷载数值模拟[D];西安建筑科技大学;2011年
10 王丽;建筑物绕流的PIV实验研究及数值模拟[D];西安建筑科技大学;2005年
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