本文關(guān)鍵詞：基于CFD的雕塑類建筑風荷載體型系數(shù)研究

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【摘要】：風荷載是大型雕像結(jié)構(gòu)的主要控制荷載。雕像建筑的平面和立面異常不規(guī)則,外輪廓凹凸不平,其風載體型系數(shù)無法從現(xiàn)行規(guī)范中查取。目前較普遍的做法是通過風洞試驗獲取,但該方法耗時且成本較高。本文基于CFD基本理論,運用Fluent15.0流體動力學軟件,對常見的大型雕像結(jié)構(gòu)的外形做出統(tǒng)計,著重研究在相同長寬比條件下不同凹凸程度對雕像風荷載體型系數(shù)的影響,首次提出了典型平面分段疊加法(TPPS法)求雕塑類建筑的體型系數(shù)。其次,結(jié)合作者近年參與的雕塑類工程實例,對徐州劉邦像、黃石藥師像、廈門鄭成功像進行了數(shù)值風洞模擬。再次,對TPPS法的計算結(jié)果與雕像整體數(shù)值模擬結(jié)果、風洞試驗結(jié)果進行了對比,對TPPS法的可靠性進行評估。最后,提出了一套計算圖表,供設(shè)計人員對雕像建筑進行風荷載計算時使用。通過以上分析,得到了以下幾點重要結(jié)論：1、對于高大細長的柱體模型來講,其平面形狀對其表面的風壓分布狀態(tài)具有重要影響,直接決定風力系數(shù)的大小。另外,柱體的長寬比也會影響表面分壓分布。2、對柱體的數(shù)值風洞計算結(jié)果表明,RNGk-ε和SSTk-這兩種不同的湍流模型的計算結(jié)果相差不大。而對于復雜雕像結(jié)構(gòu)來說,由于雕塑表面的復雜性,雕塑附近風場極為復雜,基于不同的模型會得出不一樣的控制方程,所以兩種模型的計算結(jié)果存在一定差異。3、雕像建筑在風荷載作用下,由于其形狀的特別不規(guī)則和表面凹凸不平等原因,其表面風壓分布非常復雜,但仍然遵循了鈍體繞流問題的一些普遍規(guī)律。風作用在像體表面之后,會在雕像正面某個位置產(chǎn)生駐點,其體型系數(shù)在1.0左右,然后向四周輻射減小。在像體兩側(cè),其表面會因為流體分離而產(chǎn)生極大負壓區(qū),體型系數(shù)可以達到-3.5-5.5。在像體背面,風的湍流狀態(tài)變得更加復雜。對于立像,其體型系數(shù)值一般都會穩(wěn)定在-0.2--0.5之間。4、通過將TPPS法與整體數(shù)值風洞模擬、鄭成功風洞試驗結(jié)果相對比,認為用TPPS法估算雕像結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)是可行的。建議在雕像結(jié)構(gòu)初步設(shè)計階段確定體型系數(shù)時,采用TPPS法進行取值。在與鄭成功風洞試驗的結(jié)果對比中可以看到,TPPS法求得的體型系數(shù)略大于風洞試驗結(jié)果,因此用該方法也是偏于安全的。
【關(guān)鍵詞】：大型雕像結(jié)構(gòu) 風載體型系數(shù) 數(shù)值風洞模擬 典型平面分段疊加法
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU312.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 風工程研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 常用方法簡介10-12
• 1.2.2 數(shù)值風洞研究進程與現(xiàn)狀12-14
• 1.2.3 數(shù)值風洞研究現(xiàn)狀綜評14-15
• 1.3 雕像類建筑及其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點15-17
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容17-19
• 1.4.1 研究背景17
• 1.4.2 研究目的17
• 1.4.3 主要研究內(nèi)容17-19
• 參考文獻19-21
• 第二章 結(jié)構(gòu)風工程數(shù)值模擬基本理論21-37
• 2.1 大氣邊界層風特性與建筑風荷載21-23
• 2.1.1 大氣邊界層風特性21-22
• 2.1.2 建筑風荷載22-23
• 2.2 風工程數(shù)值模擬控制方程23-25
• 2.2.1 概述23
• 2.2.2 基本假設(shè)和問題的簡化23
• 2.2.3 控制方程23-25
• 2.3 雷諾平均N-S方程和湍流模型25-31
• 2.3.1 湍流的流動特點25-26
• 2.3.2 雷諾平均N-S方程26-27
• 2.3.3 湍流模型27-31
• 2.4 大渦模擬簡介31-33
• 2.5 方程的求解33-34
• 2.5.1 CFD的求解過程33
• 2.5.2 控制方程的離散化方法33
• 2.5.3 代數(shù)方程的數(shù)值解法33-34
• 2.6 計算軟件的選擇34-35
• 參考文獻35-37
• 第三章 典型平面形狀的數(shù)值模擬37-69
• 3.1 研究思路37-39
• 3.2 典型平面形狀的確定39-41
• 3.2.1 影響雕像表面體型系數(shù)的主要因素39-40
• 3.2.2 典型平面形狀40-41
• 3.3 數(shù)值風洞模型介紹41-46
• 3.3.1 湍流模型的選擇41
• 3.3.2 計算域的確定41-42
• 3.3.3 網(wǎng)格劃分42-44
• 3.3.4 邊界條件44-46
• 3.3.5 參考壓力位置46
• 3.3.6 求解參數(shù)及收斂標準46
• 3.3.7 數(shù)值模擬過程46
• 3.4 數(shù)值計算結(jié)果與分析46-67
• 3.4.1 引言46-47
• 3.4.2 典型平面模型數(shù)值風洞計算結(jié)果47-59
• 3.4.3 結(jié)果分析59-67
• 3.5 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻68-69
• 第四章 雕像建筑(整體)數(shù)值風洞模擬69-93
• 4.1 引言69
• 4.2 徐州劉邦像數(shù)值風洞模擬69-77
• 4.2.1 工程簡介69-70
• 4.2.2 數(shù)值風洞模型70-71
• 4.2.3 計算結(jié)果71-75
• 4.2.4 計算結(jié)果分析75-77
• 4.3 廈門鄭成功像數(shù)值風洞模擬77-84
• 4.3.1 工程簡介77
• 4.3.2 數(shù)值風洞模型77-78
• 4.3.3 計算結(jié)果78-82
• 4.3.4 計算結(jié)果分析82-84
• 4.4 湖北黃石藥師佛像數(shù)值風洞模擬84-91
• 4.4.1 工程簡介84
• 4.4.2 數(shù)值風洞模型84-85
• 4.4.3 計算結(jié)果85-89
• 4.4.4 計算結(jié)果分析89-91
• 4.5 本章小結(jié)91-92
• 參考文獻92-93
• 第五章 TPPS法求雕像建筑體型系數(shù)93-115
• 5.1 引言93
• 5.2 用TPPS法估算雕像綜合體型系數(shù)93-111
• 5.2.1 對TPPS法得到的體型系數(shù)進行修正93-95
• 5.2.2 計算結(jié)果對比95-111
• 5.3 雕像建筑體型系數(shù)計算表111-113
• 5.4 本章小結(jié)113-114
• 參考文獻114-115
• 第六章 結(jié)論與展望115-117
• 6.1 結(jié)論115
• 6.2 展望115-117
• 作者讀研期間發(fā)表的論文117-119
• 致謝119

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1 張士鍔;超重機常用結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的實驗分析[J];工程機械;1980年10期

2 龍文志;;幕墻門窗風壓體型系數(shù)探討[J];門窗;2007年07期

3 袁子厚;陳明祥;范振中;汪碧飛;;長扁圓形煙囪體型系數(shù)研究[J];湘潭大學自然科學學報;2008年04期

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本文編號：791386