【摘 要】
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随着社会的发展和对建筑使用性能要求的提升,大跨屋盖结构因其内部空间充足、结构形式优美多变等优点得到广泛应用。但是,由于大跨屋盖结构的特点是质量轻、刚度小等,对于风的敏感性较高,在风荷载的作用下常常发生破坏事故。因此,深入研究大跨度屋盖结构的抗风性能对于实际的工程结构设计意义十分重大。本文基于大涡模拟方法通过数值模拟计算典型大跨屋盖结构表面的风荷载,对比风荷载作用下及等效静风荷载作用下结构的风致响应
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于多尺度涡流合成法的结构风致响应大涡模拟研究”（项目批准号:51978221）；
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随着社会的发展和对建筑使用性能要求的提升,大跨屋盖结构因其内部空间充足、结构形式优美多变等优点得到广泛应用。但是,由于大跨屋盖结构的特点是质量轻、刚度小等,对于风的敏感性较高,在风荷载的作用下常常发生破坏事故。因此,深入研究大跨度屋盖结构的抗风性能对于实际的工程结构设计意义十分重大。本文基于大涡模拟方法通过数值模拟计算典型大跨屋盖结构表面的风荷载,对比风荷载作用下及等效静风荷载作用下结构的风致响应,针对于三种实际工程中应用较为广泛的屋盖类型,研究典型大跨屋盖结构的多目标等效静风荷载组合方式及分布特点。利用流体仿真软件对大跨屋盖结构风荷载数值模拟进行研究。采用大涡模拟作为CFD求解方法,详细分析了大涡模拟的基本理论;以计算域尺寸的确定、网格的划分、湍流模型的选取、结果的收敛性等多个方面为依据,总结与讨论数值模拟的求解过程;利用湍流风速时程生成方法（CDRFG）模拟大气边界层;对典型大跨屋盖结构（平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖）进行风荷载数值模拟计算,通过分析风压时程数据,得到屋盖表面风压分布规律。利用有限元软件对典型大跨屋盖结构风致响应进行分析。根据大跨屋盖结构特点,选用理论清晰、过程简单、结果准确的时域分析方法;将数值模拟得到的大跨屋盖结构表面脉动风压时程处理成风荷载时程;建立平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖结构有限元模型并对其结构模态特性进行分析;利用参数化设计语言计算风致响应时程,研究大跨屋盖结构不同风向角下的多种类型响应,并对位移响应进行三分量分解。采用阵风因子法（GLF法）、惯性力法（IWL法）、荷载响应相关系数法.（LRC法）及三分量法得到平屋盖、球面屋盖、柱面屋盖结构以单一响.应为目标的等效静风荷载;通过对比分析结构静力响应与脉动风荷载下的结构响应峰值,选取GLF法及LRC法,研究不同的等效目标选取数量、等效目标响应类型等因素对多目标等效静风荷载精确度的影响;确定适用于不同类型大跨屋.盖结构最优组合方式的等效静风荷载,得到结构的等效静风荷载系数,以保证结构设计过程中的适用性及工程可操作性。
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