大跨屋蓋結構的剛性模型風洞試驗研究.pdf

1、空間結構作為一類新穎結構體系，由于具有優(yōu)美的外形和能夠提供盡可能大的無內柱空間等特點，在建筑結構中發(fā)揮著越來越重要的作用?？臻g結構具有質量輕、柔性大、阻尼小等特點，對風荷載的作用非常敏感同時其往往比較低矮，在大氣邊界層中處于風速變化大、湍流度高的區(qū)域，其繞流和空氣動力作用變得十分復雜。因此，風荷載是此類結構設計中的主要控制荷載。 風洞試驗是掌握建筑物表面風荷及周圍風環(huán)境的重要研究方法。本文對大氣邊界層模擬進行了全面深入的分析，包

2、括大氣邊界層的風特性、空氣動力學理論、相似準則等。基于以上理論，制作不同矢跨比的球殼、柱殼、懸鏈面、菱形馬鞍面及橢圓馬鞍面五類結構模型，選取不同的風向角，模擬B類地貌進行剛性模型的風洞測壓試驗。 對大跨屋蓋表面風壓（包括平均風壓和脈動風壓）分布進行研究，進—步得到結構的風壓系數(shù)，總結平均風壓系數(shù)分布的特點、隨風向變化的規(guī)律以及脈動風壓系數(shù)的分布特點，可知，屋蓋表面風壓分布形式同其周圍流場形式尤其是來流分離模式和漩渦作用緊密聯(lián)系在

3、一起，矢跨比（或高寬比）對屋蓋表面風壓分布規(guī)律無顯著影響，風向角及屋蓋的幾何形狀對各種結構的風壓分布影響最為顯著。 風洞試驗數(shù)據(jù)研究表明，結構表面風壓系數(shù)時程不同于脈動風速的高斯隨機過程，在相當數(shù)量的區(qū)域內為非高斯過程。研究風壓的非高斯特性有助于了解屋蓋繞流情況，為進一步探討屋蓋結構的抗風設計方法提供理論依據(jù)。基于五種典型大跨度屋蓋結構的風洞試驗，本文對屋蓋表面局部風壓的高斯和非高斯特性進行了研究。首先通過對第三階、第四階矩統(tǒng)計

4、量歸納分析，給出劃分高斯區(qū)和非高斯區(qū)的標準并對大跨度屋蓋進行分區(qū)；同時，運用基于k-s檢驗的曲線擬合的方法得到風壓非高斯分區(qū)結果。將兩種方法相對比，發(fā)現(xiàn)得出的分區(qū)結果幾乎完全一致：非高斯區(qū)域往往集中在來流前緣、后部尾流區(qū)及高點角區(qū)附近。特征湍流作用和來流方向是導致局部風壓呈現(xiàn)非高斯特征的主要原因。 在非高斯分區(qū)基礎的上，用高斯曲線擬合高斯區(qū)域，極值Ⅰ型曲線擬合非高斯區(qū)域各測點的峰值因子概率密度曲線，得到保證率為99．38％的每個

5、測點的峰值因子取值。分析結果證明，應適當提高我國荷載規(guī)范中的峰值因子并按結構分區(qū)取值：高斯區(qū)峰值因子取值統(tǒng)一定為2．7；非高斯區(qū)峰值因子依據(jù)結構類型分別取值，球殼為3．7，柱殼為3．8，懸鏈面為4．0，菱形馬鞍面為4．3，橢圓馬鞍面為3．9。 本文的主要創(chuàng)新點為：采用基于k-s檢驗的擬合方法得到大跨屋蓋結構表面脈動風壓的高斯、非高斯分區(qū)，同時利用分區(qū)結果，得到保證率為99．38％的峰值因子取值。分析結果表明，對于大跨屋蓋結構，應