大跨屋盖建筑开孔风致平均内压的数值模拟研究

近年来,大跨屋盖建筑因其外形美观、功能实用而在全国各地不断涌现,此类建筑往往对风荷载比较敏感,研究在建筑的各个部位开孔而引起的风对结构的影响具有重要的实用价值,在大跨屋盖的悬挑部分开孔对于结构的减风有利,在其他部位开孔则会引起风致内压。 计算流体动力学(CFD)是近40年发展起来的新兴学科,随着计算理论和计算机的发展,其在最近的十几年得到了普遍的重视和运用。相比传统的结构风工程研究方法,CFD方法具有明显的优势,又因其不完全成熟,CFD的应用也有很多难点问题。本文对CFD的基本理论和思路进行了简要介绍:从控制方程的通用形式在计算网格上建立通用离散方程开始,对流场的数值解法进行说明,然后对湍流模拟方法进行详细归类,最后介绍了湍流模拟中近壁区的处理方法。 本文首先运用CFD方法对一典型大跨悬挑屋盖结构进行数值风洞建模与计算,将数值模拟结果与风洞试验结果对比,在核实了数值模拟精度的基础上,对在悬挑部分开孔及加设女儿墙两种较实用的减风方法分别进行了数值模拟研究,以考察不同减风措施的效果区别,从而对实际减风措施提出建议。 本文对一大跨屋盖结构在迎风面开孔前后的状态分别进行了风压CFD模拟,并与风洞试验数据进行了对比,然后运用伯努利方程导出了风致平均内压的理论估算公式,接着对不同开孔位置、面积和数量的若干工况进行了数值模拟,以全面了解数值模拟在内压模拟问题上的适用性,并对复杂开孔情况下的理论估算方法进行了探讨,最后给出了实际工作中确定风致平均内压的推荐方法。