鞍形屋盖平均风压分布特性的数值模拟研究

基于Reynolds时均N?S方程和RSM模型对鞍形屋盖的平均风压分布进行了数值模拟,采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解。数值模拟结果与风洞试验结果进行了对比分析,两者吻合较好,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、矢跨比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性。最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将鞍形屋面分成12个区,给出了不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计的参考。

鞍形屋盖风压系数模糊聚类分区研究

以鞍形屋盖为研究对象,针对其破坏主要始于屋盖边缘等部位的现象和关于鞍形屋盖风压分区无据可循的现状,围绕鞍形屋盖风压系数分区问题,采用模糊C均值聚类根据风易损程度将鞍形屋盖表面划分为多个区域。分区过程中,针对模糊C均值聚类对初始变量具有依赖性的问题进行了改进,包括采取预先限制聚类数目最大值与采用有效性指标确定最优聚类数目的方式。基于此,给出了鞍形屋盖表面的最不利平均、极值风压系数分区图,并计算了各区域的分区风压系数。

椭圆形平面鞍形屋盖风压的数值模拟

现行《建筑结构荷载规范》并未给出椭圆形平面鞍形屋盖的风荷载体型系数,针对这个问题,基于数值风洞方法具有成本低,速度快,结果采集更为全面等显著优点,利用CFD知识,运用FLUENT软件,对椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压力系数进行了数值模拟,重点讨论了风向角对数值模拟结果的影响,为合理确定椭圆形平面鞍形屋盖的平均风压力系数提供参考。

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.

基于K-means聚类的风压系数快速分区方法

提出了一种基于K-means聚类的风压系数快速分区方法。K-means聚类要求事先给出聚类数目k值,在风压系数分区应用中存在局限性。采取两种措施进行改进:一是预先限制k值范围,实现所有k值下的快速聚类。二是采用有效性指标确定最佳k值。分别以平屋盖、鞍形屋盖的两种代表性来流工况为例,说明和验证了风压系数分区方法。结果表明:分区方法能很好地完成不同几何形状屋盖、不同来流工况、不同类型的风压系数分区。

围护结构非高斯风压峰值因子的概率分布模型对比分析

以鞍型屋盖结构的墙面、屋面处的非高斯风压峰值因子的概率分布为研究对象,对比了经典极值分布和非高斯峰值因子概率分布解析式之间的异同。结果表明:采用极值Ⅰ型分布能够描述鞍形屋盖围护结构的风压峰值因子的概率分布,其结果与广义极值分布得到的结果接近,特别是工程中常用的57%、78%分位数的误差极小;基于理论推导建立的非高斯风压峰值因子的概率分布解析模型表示为时程样本的偏斜系数、峰态系数以及高斯峰值因子的函数,反映了实测数据的总体分布特性;该模型与经典极值分布相比,利用了更多的样本信息,适用于强、弱非高斯特性的情况。相同极值发生概率条件下,由非高斯风压峰值因子解析模型得到的分位数比经典极值模型得到的分位数略大,采用非高斯风压峰值因子的概率密度解析式能够较好地反映高分位数的概率分布。