【摘 要】
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大跨穹顶结构由于具有优美的外型和较好的力学传递性能,被广泛运用于体育馆、会展中心等大型公共建筑的建设中,其屋盖表面的风荷载是结构设计中所考虑的重要因素。近年来随着我国承办越来越多的大型国际赛事,越来越多的大跨穹顶结构建筑被建设在繁华的市区地带,其周围往往布置有密集的建筑物。这些建筑会对大跨穹顶结构周围的风场环境造成剧烈的影响,来流风的流速、方向等特性都会被显著改变,从而对大跨穹顶结构屋盖的风荷载产
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大跨穹顶结构由于具有优美的外型和较好的力学传递性能,被广泛运用于体育馆、会展中心等大型公共建筑的建设中,其屋盖表面的风荷载是结构设计中所考虑的重要因素。近年来随着我国承办越来越多的大型国际赛事,越来越多的大跨穹顶结构建筑被建设在繁华的市区地带,其周围往往布置有密集的建筑物。这些建筑会对大跨穹顶结构周围的风场环境造成剧烈的影响,来流风的流速、方向等特性都会被显著改变,从而对大跨穹顶结构屋盖的风荷载产生“干扰效应”。然而,目前的设计规范中对于大跨穹顶的风致干扰效应尚未形成条文规定,实际工程中对于此问题“无章可循”。因此,为了更好地指导大跨穹顶结构的抗风设计,本文采用计算流体力学(CFD)方法,分别针对单体建筑和建筑群对大跨穹顶屋盖风荷载干扰效应的规律和机理展开深入的研究。首先,基于CFD中的雷诺平均方法,采用RNG k-ε湍流模型,对一组无干扰建筑工况和一组有干扰建筑工况进行数值模拟,并将模拟得到的大跨穹顶屋盖的风荷载数据与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。为了更加准确地分析屋盖表面不同位置的风荷载的变化情况,提出将大跨穹顶屋盖划分圆环状区域的方法,并将圆环状分区处理得到的风荷载数据与传统的条带状分区所得到的数据进行比较,证明了圆环状分区方式的优越性。接下来,针对一栋立方体建筑对大跨穹顶屋盖的风致干扰效应展开数值模拟,考虑干扰建筑的尺寸、位置以及来流风向等影响因素,分别采用单因素轮换法和正交试验设计法设置工况,研究干扰效应对屋盖各区域风压以及整体风力的影响。研究结果显示:“狭道效应”是导致屋盖风压出现“放大效应”的最主要的原因,其中干扰建筑的高度对“狭道效应”的强弱程度起主导作用;位于屋盖圆心和干扰建筑中心连线上区域的风压“放大效应”最剧烈,而屋盖上靠近干扰建筑右后方或左后方的侧部区域则比较安全。最后,将一个干扰建筑推广至建筑群,探究建筑群不同的包围形式和建筑面积密度对各区域风压的干扰效应。结果表明:当来流上游和下游均有干扰建筑时屋盖风压急剧缩减,当来流两侧有干扰建筑时屋盖风压显著放大,其中屋盖的中心区域和紧邻干扰建筑的区域干扰效应最为剧烈,在工程中应尽量避免大跨穹顶结构位于两排建筑的中间;干扰效应的程度与建筑面积密度成正比,在规划设计时应尽量控制大跨穹顶结构两侧的建筑群不要太过密集。
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