多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性研究.pdf

1、膜結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種新的建筑形式，廣泛的運(yùn)用于各種設(shè)施領(lǐng)域當(dāng)中。與傳統(tǒng)建筑材料不同，膜結(jié)構(gòu)使用的膜材重量輕，只有約傳統(tǒng)建筑物材料的三十分之一。質(zhì)量輕巧的膜結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載對(duì)其的影響具有舉足輕重的地位，因此在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，風(fēng)荷載屬于主要控制荷載。
　　目前對(duì)于風(fēng)荷載的研究方法主要有數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和風(fēng)洞試驗(yàn)。三種方法各有利弊，研究時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況和現(xiàn)實(shí)條件選擇合適的方法。本文采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)兩種方式

2、，對(duì)位于浙江工業(yè)大學(xué)朝暉校區(qū)新教樓下的多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
　　文章第一部分首先運(yùn)用四種湍流模型：標(biāo)準(zhǔn)к-ε模型、RNGк-ε模型、Realizableк-ε模型和RSM模型，對(duì)某多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析計(jì)算，再對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，得到了5s時(shí)距的平均風(fēng)速圖和6個(gè)測(cè)點(diǎn)上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù)，然后將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選擇一個(gè)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最接近的湍流模型，用這個(gè)湍流模型對(duì)多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)開(kāi)展后續(xù)研究，為以后相關(guān)研

3、究提供一點(diǎn)參考。研究發(fā)現(xiàn)，①現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)當(dāng)天平均風(fēng)速和瞬時(shí)風(fēng)速差距大，陣風(fēng)特性強(qiáng)。②膜結(jié)構(gòu)表面最高角點(diǎn)處上表面受負(fù)壓，下表面受正壓，整個(gè)角點(diǎn)受到風(fēng)對(duì)其向上的吸力，凈風(fēng)壓系數(shù)為-1.4；最低角點(diǎn)處則相反，受到向下的壓力，凈風(fēng)壓系數(shù)為0.8。③現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果得出的膜面平均風(fēng)壓系數(shù)的變化趨勢(shì)基本一致，結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性。④四種湍流模型均能較好的表現(xiàn)出膜結(jié)構(gòu)表面所受風(fēng)壓的變化趨勢(shì)，四種湍流模型的變化趨勢(shì)也相差不多，僅在

4、平均風(fēng)壓系數(shù)的數(shù)值上有細(xì)微差別。對(duì)比實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，RNGк-ε模型的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果最為接近。
　　文章第二部分運(yùn)用RNGк-ε模型對(duì)多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到了在各種不同條件下多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)上下表面的平均風(fēng)壓系數(shù)圖、凈風(fēng)壓系數(shù)圖和整體膜結(jié)構(gòu)所處流場(chǎng)的速度矢量圖，以供給今后相關(guān)工程作為一定的參考依據(jù)。主要得出的結(jié)論有：①多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)表面受到的極值風(fēng)壓部位總是在其角點(diǎn)處，膜結(jié)構(gòu)表面中心處的平均風(fēng)壓系數(shù)的絕對(duì)值相對(duì)來(lái)

5、說(shuō)都較小。②多跨鞍形膜結(jié)構(gòu)較高點(diǎn)的上表面總是受到負(fù)壓力，下表面總是受到正壓力，結(jié)構(gòu)較低點(diǎn)與較高點(diǎn)相反，上表面總是受到正壓力，下表面總是受到負(fù)壓力，即膜結(jié)構(gòu)的高點(diǎn)受到風(fēng)的吸力，低點(diǎn)受到風(fēng)的向下的壓力。③隨著膜面初始預(yù)應(yīng)力的改變，膜結(jié)構(gòu)表面的形狀也隨著改變，膜面初始預(yù)應(yīng)力不改變膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形式，對(duì)平均風(fēng)壓系數(shù)的數(shù)值大小影響也不大。④風(fēng)向角不同，膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形式不同。⑤矢跨比不改變膜結(jié)構(gòu)表面平均風(fēng)壓系數(shù)的分布形