大跨屋蓋結(jié)構(gòu)的剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究.pdf

1、空間結(jié)構(gòu)作為一類新穎結(jié)構(gòu)體系，由于具有優(yōu)美的外形和能夠提供盡可能大的無內(nèi)柱空間等特點(diǎn)，在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著越來越重要的作用。空間結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載的作用非常敏感同時(shí)其往往比較低矮，在大氣邊界層中處于風(fēng)速變化大、湍流度高的區(qū)域，其繞流和空氣動(dòng)力作用變得十分復(fù)雜。因此，風(fēng)荷載是此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要控制荷載。 風(fēng)洞試驗(yàn)是掌握建筑物表面風(fēng)荷及周圍風(fēng)環(huán)境的重要研究方法。本文對(duì)大氣邊界層模擬進(jìn)行了全面深入的分析，包

2、括大氣邊界層的風(fēng)特性、空氣動(dòng)力學(xué)理論、相似準(zhǔn)則等?；谝陨侠碚?，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(jié)構(gòu)模型，選取不同的風(fēng)向角，模擬B類地貌進(jìn)行剛性模型的風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)。 對(duì)大跨屋蓋表面風(fēng)壓（包括平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓）分布進(jìn)行研究，進(jìn)—步得到結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓系數(shù)，總結(jié)平均風(fēng)壓系數(shù)分布的特點(diǎn)、隨風(fēng)向變化的規(guī)律以及脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的分布特點(diǎn)，可知，屋蓋表面風(fēng)壓分布形式同其周圍流場(chǎng)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(duì)屋蓋表面風(fēng)壓分布規(guī)律無顯著影響，風(fēng)向角及屋蓋的幾何形狀對(duì)各種結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布影響最為顯著。 風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究表明，結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程不同于脈動(dòng)風(fēng)速的高斯隨機(jī)過程，在相當(dāng)數(shù)量的區(qū)域內(nèi)為非高斯過程。研究風(fēng)壓的非高斯特性有助于了解屋蓋繞流情況，為進(jìn)一步探討屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法提供理論依據(jù)?；谖宸N典型大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)，本文對(duì)屋蓋表面局部風(fēng)壓的高斯和非高斯特性進(jìn)行了研究。首先通過對(duì)第三階、第四階矩統(tǒng)計(jì)

4、量歸納分析，給出劃分高斯區(qū)和非高斯區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)大跨度屋蓋進(jìn)行分區(qū)；同時(shí)，運(yùn)用基于k-s檢驗(yàn)的曲線擬合的方法得到風(fēng)壓非高斯分區(qū)結(jié)果。將兩種方法相對(duì)比，發(fā)現(xiàn)得出的分區(qū)結(jié)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(diǎn)角區(qū)附近。特征湍流作用和來流方向是導(dǎo)致局部風(fēng)壓呈現(xiàn)非高斯特征的主要原因。 在非高斯分區(qū)基礎(chǔ)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(cè)點(diǎn)的峰值因子概率密度曲線，得到保證率為99．38％的每個(gè)

5、測(cè)點(diǎn)的峰值因子取值。分析結(jié)果證明，應(yīng)適當(dāng)提高我國(guó)荷載規(guī)范中的峰值因子并按結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：采用基于k-s檢驗(yàn)的擬合方法得到大跨屋蓋結(jié)構(gòu)表面脈動(dòng)風(fēng)壓的高斯、非高斯分區(qū)，同時(shí)利用分區(qū)結(jié)果，得到保證率為99．38％的峰值因子取值。分析結(jié)果表明，對(duì)于大跨屋蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)