【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，各種造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)新穎的空間結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)。大跨屋蓋結(jié)構(gòu)因其具有優(yōu)美的造型和良好的性能，被廣泛應(yīng)用于各種大型公共建筑中，由于這些建筑物大多具有質(zhì)量輕、柔性大、阻力小等特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載敏感，風(fēng)荷載往往成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制荷載。此外，由于建筑物部分門(mén)窗的開(kāi)敞或突然開(kāi)孔導(dǎo)致的內(nèi)壓增大對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的安全會(huì)產(chǎn)生較大的影響。大量風(fēng)災(zāi)調(diào)查表明，屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)致破壞在很大程度上都是由于內(nèi)外壓的聯(lián)合作用所引起的。然而目前人們對(duì)內(nèi)壓變化的產(chǎn)生機(jī)理及評(píng)估尚處于研究階段，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行荷載規(guī)范僅是提出名義封閉或者開(kāi)敞時(shí)的內(nèi)壓系數(shù)建議值，因此開(kāi)展屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)致內(nèi)壓的研究具有極其重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值，也是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 本文通過(guò)對(duì)復(fù)雜體型的魚(yú)形屋蓋在臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)與A類(lèi)常規(guī)風(fēng)場(chǎng)下進(jìn)行了風(fēng)洞對(duì)比試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)屋檐的脈動(dòng)風(fēng)壓明顯大于屋面其它區(qū)域。不同湍流度下屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載存在較大的差異，屋蓋在高湍流度下（臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)）的風(fēng)荷載比常規(guī)A類(lèi)風(fēng)場(chǎng)明顯要大。建議在臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)的建筑，特別是體型復(fù)雜的重要建筑，對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的評(píng)估除了按照規(guī)范常規(guī)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)外，通過(guò)臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)洞試驗(yàn)加以驗(yàn)證很有必要。 基于吉林火車(chē)站的風(fēng)洞試驗(yàn)，研究了屋蓋的風(fēng)荷載分布特性，發(fā)現(xiàn)較大的吸力均分布在迎風(fēng)屋檐、屋蓋角區(qū)和主站樓凸起的天窗附近。由于氣流在高度較低處的湍流特性較大，，更容易受周邊地貌的影響，因而站臺(tái)雨棚的升力系數(shù)受周邊建筑的干擾效應(yīng)較為明顯。在屋蓋的氣流分離區(qū)域，因存在較大的負(fù)風(fēng)壓，風(fēng)壓的概率分布向負(fù)壓段延伸，建議對(duì)于屋蓋不同的紊流強(qiáng)度區(qū)域應(yīng)取不同的峰值因子，在高紊流區(qū)域峰值因子可取3.0~4.0，在低紊流區(qū)域峰值因子可取2.5~3.0。 對(duì)比昆明南站風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與荷載規(guī)范規(guī)定值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)立面入口封閉時(shí)主站房屋面大部分區(qū)域的體型系數(shù)與荷載規(guī)范規(guī)定值大小相當(dāng)，但在懸挑屋檐及屋面棱角處，體型系數(shù)明顯大于規(guī)范規(guī)定值；當(dāng)考慮有立面入口門(mén)洞時(shí)，屋面風(fēng)載體型系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的名義封閉下的體型系數(shù)。在主站房與站臺(tái)雨棚邊緣區(qū)域，脈動(dòng)風(fēng)壓概率密度分布函數(shù)體現(xiàn)出較為明顯的非高斯分布特性，在尾部負(fù)壓區(qū)域更為顯著。 對(duì)有雙面幕墻開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)壓傳遞方程進(jìn)行了推導(dǎo)，并從理論上闡述了背立面開(kāi)孔時(shí)對(duì)內(nèi)壓附加阻尼效應(yīng)的影響。分析了孔口等效阻尼比eq隨幕墻開(kāi)孔面積、建筑內(nèi)部容積、參考風(fēng)速及孔口處風(fēng)壓高度變化系數(shù)等參數(shù)的變化趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)發(fā)生Helmholtz共振與立面幕墻開(kāi)孔率的關(guān)系進(jìn)行了探討。 通過(guò)剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)不同建筑內(nèi)部容積、幕墻開(kāi)孔面積、開(kāi)孔位置及屋蓋矢跨比的大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，并探討了這些參數(shù)對(duì)屋蓋等圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性的影響。通過(guò)對(duì)內(nèi)壓測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜分析，發(fā)現(xiàn)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)壓譜不僅包含了大氣湍流中的能量成分，同時(shí)也包含了由于孔口阻尼特性引起的特征湍流的成分。對(duì)考慮有多面幕墻開(kāi)孔的內(nèi)壓理論估算公式進(jìn)行了推導(dǎo)，并將試驗(yàn)值與理論估算值進(jìn)行了對(duì)比。 通過(guò)對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)對(duì)于本身剛度較大的屋蓋結(jié)構(gòu)，風(fēng)致響應(yīng)的大小主要取決于屋蓋的自振頻率，而幕墻開(kāi)孔率大小的變化對(duì)風(fēng)致響應(yīng)的影響并不是很明顯。將傳統(tǒng)的風(fēng)振系數(shù)計(jì)算方法與采用目標(biāo)概率法得到的位移風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)對(duì)于脈動(dòng)風(fēng)影響較為顯著的屋蓋區(qū)域，利用傳統(tǒng)的風(fēng)振系數(shù)計(jì)算方法可能會(huì)過(guò)于低估脈動(dòng)響應(yīng)的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是偏于不安全的。 本文以風(fēng)洞試驗(yàn)為主，結(jié)合理論分析詳細(xì)研究了屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載特性和考慮幕墻開(kāi)孔時(shí)建筑內(nèi)部風(fēng)效應(yīng)及屋蓋風(fēng)致響應(yīng)。研究成果可為屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)及荷載規(guī)范相關(guān)條文的修訂提供參考依據(jù)。
【圖文】：

國(guó)內(nèi)具有代表性的大跨度建筑

(e) 美國(guó)亞特蘭大喬治亞州穹頂 （f）加拿大蒙特利爾體育場(chǎng)圖 1.2 國(guó)外具有代表性的大跨度建筑.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)工程概述.2.1 大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)特性風(fēng)是空氣相對(duì)于地表面的運(yùn)動(dòng)，由于地球表面大氣受太陽(yáng)的加熱不勻，導(dǎo)球相同高度兩點(diǎn)間的溫度、空氣中的水蒸氣含量存有差異，產(chǎn)生溫度差和氣，使不同壓力差的地區(qū)之間產(chǎn)生趨于平衡的空氣流動(dòng)，這就是自然界風(fēng)的形。由于在地球表面，受到地表摩擦力和地物阻力等的影響，空氣的流動(dòng)速度慢，這種影響隨著高度的增加而減小，當(dāng)達(dá)到一定的高度時(shí)，自然風(fēng)受地面響可以忽略，風(fēng)速趨于平穩(wěn)，此高度為大氣邊界層高度或者梯度風(fēng)高度，此以下為大氣邊界層。它隨著氣象條件、地面粗糙度、地形等因素的變化而變化般在300 ~1000米之間。絕大多數(shù)工程建筑均處于大氣邊界層內(nèi)，因此大氣邊內(nèi)風(fēng)的基本特性是結(jié)構(gòu)風(fēng)工程最為關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題。根據(jù)順風(fēng)向大量實(shí)測(cè)風(fēng)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TU231;TU312.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何艷麗,董石麟,龔景海;空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)頻域風(fēng)振響應(yīng)分析模態(tài)補(bǔ)償法[J];工程力學(xué);2002年04期

2 劉繼生,陳水福;井岡山機(jī)場(chǎng)航站樓屋蓋表面風(fēng)壓的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[J];工程力學(xué);2005年04期

3 王珩,孫炳楠,樓文娟,沈國(guó)輝,林書(shū)明,金琨;臺(tái)州體育中心屋蓋的風(fēng)振系數(shù)計(jì)算[J];工業(yè)建筑;2005年04期

4 劉錫良,周穎;風(fēng)荷載的幾種模擬方法[J];工業(yè)建筑;2005年05期

5 李慶祥;孫炳楠;沈國(guó)輝;翟林海;;湖州大劇院屋蓋及幕墻的風(fēng)荷載分布特性[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2006年09期

6 李秋勝;陳伏彬;傅繼陽(yáng);謝壯寧;;大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性的試驗(yàn)研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年08期

7 盧春玲;李秋勝;黃生洪;李正農(nóng);;大跨度屋蓋風(fēng)荷載的大渦模擬研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年10期

8 顧明,朱川海;大型體育場(chǎng)主看臺(tái)挑篷的風(fēng)壓及其干擾影響[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2002年04期

9 武岳,郭海山,陳新禮,沈世釗;大跨度點(diǎn)支式幕墻支承結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能分析[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2002年05期

10 顧明 ,黃鵬 ,楊偉 ,汪大綏 ,周建龍;上海鐵路南站平均風(fēng)荷載的風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2004年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 戴益民;低矮房屋風(fēng)載特性的實(shí)測(cè)及風(fēng)洞試驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2010年

2 盧春玲;復(fù)雜超高層及大跨度屋蓋建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的數(shù)值風(fēng)洞研究[D];湖南大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2557764