基于ADINA的体育馆风压数值模拟研究

《基于ADINA的体育馆风压数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学硕士学位论文基于ADINA的体育馆风压数值模拟研究姓名：王娟申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：廖海黎20061001西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1．1引言风荷载是结构的重要设计荷载，特别对于大型公共建筑的高耸结构(例如电视塔、烟囱、石油化工塔等)、高层建筑结构和大跨度桥梁等，有时起着决定性的作用。随着科学技术的发展和施工工艺的进步，各种外形美观、结构新颖的大跨度屋盖结构被广泛应用于体育场馆、飞机库、剧场等公共建筑。屋盖结构比较低矮，处于风速剪切大、湍流度高的大气边界层下层，加上不规则的屋盖形状，其绕流和空气动力作用十

2、分复杂。风流经屋盖时，会在屋盖的大部分区域产生强大的吸力，如果自重等荷载的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面将被掀起而破坏。随着屋盖结构跨度的增加，各种新材料、新技术的应用，其柔性不断增大，阻尼相对减少，固有频率与自然风的卓越频率因而接近，对风的脉动作用十分敏感。瞬时强风常使屋盖局部表面饰物脱落或局部构件被掀开而致使整个屋盖遭受破坏。当然长时间持续的风致振动也会使屋盖结构某些部位出现疲劳损伤，从而危及到屋盖结构的安全。长期以来，国内外屋盖结构风灾事故时有发生。在文献[1]中KolousekV，etal就描述了一座长66．5米、宽53．4米的游泳馆金属屋盖屡次被风掀

3、开的事例。在文献[2]中CookNJ．提到英国一座体育馆的独立主看台悬挑钢屋盖，在大风中由于屋盖下部强大的压力和屋盖上部的吸力导致屋盖石棉板先在边缘固定点处被掀起，致使大片屋盖石棉板被掀掉。沈世钊等人在文献[3]中论述了美国RaleighArena的双曲抛物面悬索屋盖由于风致振动的振幅过大，只得在其内部增设抗风索来减小振幅。BaylayM．J．在文献[4]也提到9个大跨度屋盖在风速达到34m／s时屋脊被风吹而造成永久性变形损坏的例子。1989年9月21日，美国南加利福尼亚遭受HUgo飓风袭击，实地调查结果表明”1，49％的建筑物仅屋盖受损，受害的情况各异，有局

4、部的屋盖覆盖物或屋盖桁架被风吹走或破坏，甚至整个屋盖结构被吹走，从破坏的部位来看，大多数屋盖受风破坏都发生在屋盖转角、边缘和屋脊等气流分离强烈负风压大的部位。在国内8807号台风造成浙江杭州笕桥机场候机厅和杭州体育场屋顶严重损坏。1994年17号台风在浙江温州登陆，给该地区造成巨大损失，灾后的调查结果表明。1，此次台风使温州机场屋盖和其它房屋屋面严重受损。在最近几年西南交通大学硕士研究生学位论文第2页的热带风暴中，还发生了象机场候机楼和大型机库这种重要建筑物屋盖被强风所破坏的事故．这些都表明对于空间大而低矮的建筑物，其屋盖结构相比于主体结构更容易发生风致破坏。

5、对于这类作为城市标志和景观的现代大跨度公共建筑，如果一旦屋盖遭受损坏，其影响是极为严重的。由于对大跨度屋盖结构的风压分布研究较为重要，因此深入研究大跨度屋盖结构的风荷载具有极其重要的工程应用价值和学术研究意义。1．2大跨度屋盖的结构特点屋盖结构是房屋结构中必不可少的重要结构。屋盖结构常有两种类型。一种是将覆盖构件如屋盖板等支撑在承重结构上，这种承重结构通常可以是墙、框架、桁架、拱、网架以及悬索结构。墙只能支撑小跨度的屋面板，当跨度较大时，常采用框架、桁架、拱或其组合结构。另一种屋盖结构是将覆盖材料与结构融合在一起，屋盖既作覆盖之用，又作结构之用。这种结构通常用

6、的是曲面结构，例如柱壳、旋转壳、双曲扁壳、扭壳等等，材料可以是钢筋混凝土或钢，也可以是充气壳体结构。双曲结构也可演变成折板结构。在风力作用下，屋面常受到很大的吸力，如果自重等荷载的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面将被掀起而破坏，因此风荷载是屋盖结构的主要外来荷载，是引起破坏的主要原因。1．3国内外研究的历史和发展现状简介除实测外，目前国内外解决大跨屋盖结构局部和整体风荷载问题的主要途径是采用风洞模型试验、计算机数值计算以及两者相结合的方法进行。1．3．1风洞模型试验的历史和发展现状早期的建筑物风洞模型试验都是在航空低速风洞中采用均匀气流进行的，直到上世纪30年代

7、，人们逐步认识到大气湍流特性对风洞试验结果有不可忽视的结果。60年代，美国的Cermak和加拿大的Davenport从大量的气象资料中总结了大气边界层特性，创建了各自所在大学的第一个边界层风洞。自从有了专门研究建筑物的边界层风洞后，各国学者对一些大跨度建筑物进行了风洞模型试验。在国外，1977年，I．P．Castro”1通过风洞试验分别研究了在均匀、无漩涡初始风速流动作用以及模拟大气边界层的剪切、湍性流体作用下建筑物表面风压分靠的差异。同年，A．G．Robins“1在风洞试验中对建筑物的迎面流、尾流以及建筑物周围的羽状扩散进行了研究，并与全尺寸所得数据进行了比

8、较，同时还分析研究了不同风向角下建筑物