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目前,复杂形体的大跨空间结构体系的抗风设计仍主要以风洞试验为依据,该方法在缩尺试验中一些相似参数的模拟和一些物理量的精确观测可能具有一定的局限性,并且随着结构跨度及结构柔性的增大而显得越来越困难。随着计算机硬件水平的飞速发展和计算流体动力学CFD(Computational FluidDynamics)技术的不断完善,出现了与风洞试验相对应的数值模拟方法——计算数值模拟技术。与传统风洞试验相比,该方法是利用CFD技术在计算机上模拟结构周围风场的变化并求解结构表面的风压分布,已成为结构风工程研究的重要方向之一。
本课题对典型的空间结构气动形态与风压分布进行研究,以期对典型外形下空间结构风压分布规律有所认识。大跨空间结构屋面形式及屋面结构的几何参数对屋面风压分布有着重大影响,不同形式的屋面,表面风压分布规律和数值有很大区别。因此,本文系统收集了国内外具有典型空间结构外形的风洞试验数据,并比较分析各种空间结构典型外形在不同几何外形参数下表面风压分布的变化规律;在既有风洞试验数据的基础上,通过CFD技术对屋面风压分布进行了数值模拟,并与风洞试验数据进行对比分析,验证了所选取的湍流模型在大跨空间结构数值模拟中的合理性,并系统研究了场地类型对结构屋面风压分布的影响规律。
在此基础上,针对现有风洞试验对外形参数研究的有限性,利用CFD技术系统地进行数值模拟和分析比较,分别研究了矢跨比、高跨比、长跨比等形状比例参数对典型形体空间结构的屋面风压分布的影响规律,可为大跨空间结构风压分布规律确定及气动优化设计提供参考。最后,对下一步工作的研究方向进行了简单的讨论。