大跨开孔空间结构风压分布规律及风致内压研究

摘要

伴随科学技术的发展和各种新型建筑材料的应用，土木建筑结构向大型化、复杂化发展。人们审美观的不断变化和对大型通透空间的需求，催生了造型各异的大跨空间结构和各式各样的开孔结构。建筑设计的丰富多彩为结构工程师的结构设计带来了诸多难题。对于体型复杂的大跨度空间结构而言，风荷载是控制荷载之一。在进行结构设计的过程中，由于受到现行技术条件的限制，往往得不到准确的风荷载。设计人员只根据经验对风荷载做估算，这样做可能带来的后果：一是对风荷载估计不足或者是对某些特殊的地方没有引起足够的重视，从而导致结构存在破坏的危险；二是把风荷载估计的过大，设计偏于保守，将会导致经济上的浪费。为此，本文在大跨开孔空间结构风压分布规律及风致内压研究做了部分研究工作。主要分为如下两部分：
　　第一部分基于深圳市民中心大跨度屋盖结构，利用计算流体动力学通用软件FLUENT计算市民中心屋盖结构的风压分布，并和风洞试验报告进行对比，讨论数值模拟的具体操作方式和可行性。通过把市民中心屋盖结构由平面结构形式经过七次的体型变化过渡到真实结构体型，从这一过程中总结大跨度空间结构表面风压分布的变化规律，研究表明，当把塔楼和底座等附属结构全部加进模型之后，即使屋盖的体型有很大差别，所有测点的平均风压系数的分布规律也基本不变，只存在数值上的差别；
　　第二部分研究了开孔结构的风致内压问题。首先对未开孔的实体结构在不同攻角、方向的风作用下表面压力变化规律进行研究；然后研究单面开孔率为13.6％的结构表面压力变化规律，并对比其与未开孔时的不同；接着研究了表面压力随着开孔率的不同而变化的规律。研究表明，当风攻角、风方向在9010±度之间时，结构的开孔和未开孔表面上的风压力都有所减小；在其它攻角、方向的风作用下，结构开孔面上所受风压力相对开孔前有不同程度的减小，而未开孔面上的风压力相对于开孔前则有所增加；最后以市民中心屋盖结构为例，研究具有复杂体型的空间结构表面综合压力的计算方法与计算假定。通过计算发现结构开孔后屋盖的上、下表面在风作用下，相对不开孔的情况，结构表面压力都有所减小，但是开孔对整个屋盖结构的受力影响并不大。

目录

大跨开孔空间结构风压分布规律及风致内压研究

WIND PRESSURE DISTRIBUTION RULEAND WIND-INDUCED INTERNALRESSURE OF LARGE SPAN SPACESTRUCTURE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪　论

1.1 课题背景

1.2 本课题研究的目的及意义

1.3 风工程的研究内容

1.4 风工程的发展

1.5 风工程的一些基本概念

1.5.1 平均风速

1.5.2脉动风特性

1.5.3 湍流功率谱密度

1.6 风工程的研究方法

1.7 国内外研究现状

1.8 本文主要研究内容

第2章 基于CFD理论的相关计算参数的确定

2.1 CFD的工作步骤与特点及FLUENT软件的功能

2.1.1 CFD的工作步骤

2.1.2 CFD的特点

2.1.3 FLUENT软件的功能

2.2 流体与流动的基本特性

2.2.1 理想流体与粘性流体

2.2.2 牛顿流体与非牛顿流体

2.2.3 可压缩流体与不可压缩流体

2.2.4 定常与非定常流动

2.2.5 层流与湍流

2.2.6 基本方程

2.3 数值计算参数选择

2.4 本章小结

第3章 大跨度屋盖结构风压分布规律研究

3.1 市民中心工程概况

3.2 模型建立和模型体型变化过程

3.3 计算参数与边界条件

3.4 计算结果分析

3.5 本章小结

第4章 单面开孔结构风致内压的研究

4.1 开孔结构风致内压的定性结果

4.2 单面开孔结构表面风压的数值模拟

4.2.1 未开孔实体结构表面风压变化规律

4.2.2 单面开孔结构表面风压变化规律

4.2.3 不同开孔率结构风致内压研究

4.3 本章小结

第5章 单面开孔屋盖结构综合风压计算方法

5.1复杂体型屋盖结构模型简化与计算假定

5.2 屋盖结构综合风压计算

5.3 本章小结

结　论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢