[發明專利]一種復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法

在審

• 申請號: 201810618386.0
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108804838A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 孫芳錦;白松豪;張大明;梁爽;徐中豪;梁美榮;于珊珊
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

本發明提供一種復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法，涉及建筑行業屋蓋結構技術領域。該方法選取四種不同投影形狀的大跨度雙曲屋蓋，并用五種不同湍流模型研究各雙曲屋蓋的平均風壓分布規律，通過對比已有的風洞試驗數據，選出計算精度較高的湍流模型。再據此計算出各雙曲屋蓋結構在不同風向角下的平均風壓系數的等值線圖，分析得到風壓分布規律。分析常見影響參數對不同投影形狀的雙曲屋蓋風壓分布的影響規律，在此基礎上，給出各個雙曲屋蓋表面的平均風壓分區體型系數建議值。本發明提供的復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法，規范了復雜大跨度雙曲屋蓋抗風設計方法，為進一步準確地進行類似形狀結構的抗風設計提供了相應的理論依據和工程參考。

技術領域

本發明涉及建筑行業屋蓋結構技術領域，尤其涉及一種復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法。

背景技術

目前對大跨度雙曲屋蓋結構的風壓特性研究處于起步階段，現行國內外荷載規范對大跨度雙曲屋蓋的風壓系數等重要抗風設計參數規定尚不完善，規范性的指導此類結構的抗風設計存在一定困難，給該類建筑結構的抗風設計帶來不便并造成建筑使用安全隱患。因此有必要探討大跨度雙曲屋蓋的平均風壓分區體型系數建議值，為實際工程的抗風設計提供有益的理論支持和實際參考。

國內外現有的對大跨度屋蓋表面風壓特性的研究僅集中在幾種形狀簡單的屋蓋上，至今還沒有針對雙曲屋蓋結構展開過深入的研究。大跨度雙曲屋蓋結構造型多變，形狀各異，屋蓋表面的風壓分布特性受諸多因素影響，發現重要參數對其屋蓋風壓分布的影響規律對于安全的進行此類建筑的抗風設計是至關重要的，但目前尚缺乏重要參數對其風壓特性分布影響規律的研究。其抗風設計若逐一研究不同形狀結構的風荷載特性，工作量過大，也難于總結出普遍性的規律為此類結構的抗風設計提供有價值的參考。

隨著計算機硬件水平的迅速發展和計算流體力學理論的不斷完善，數值模擬成了繼風洞試驗之后的重要研究手段，因此也成為了大跨度等建筑結構抗風研究的重要手段之一。數值模擬技術中湍流模型對結構風壓的影響重大，是不能忽略的課題。

采用數值模擬技術對結構風壓特性的研究國內外已有部分學者開展了研究，并取得了一定成果。但是目前對大跨度結構的風壓研究大都針對某一特定形狀展開，對復雜大跨度雙曲屋蓋結構風壓分布特性研究較少，因此存在一定局限性。為此，本發明針對四種典型投影形狀的大跨度雙曲屋蓋的風壓分布特性進行研究，分析若干重要影響參數對各屋蓋風壓分布的影響規律，分析最不利參數后，研究總結出各形狀屋蓋的平均風壓分區體型系數建議值。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法，實現對復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計。

一種復雜大跨度雙曲屋蓋的抗風設計方法，包括以下步驟：

步驟1、選取四種不同投影形狀的大跨度雙曲屋蓋作為計算模型，并確定計算域尺寸，應用Gambit軟件建立數值模擬實驗的計算模型，并進行網格劃分；

步驟2、選擇標準k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、標準k-ω模型和SST k-ω模型五種不同的湍流模型對四種不同投影形狀的大跨度雙曲屋蓋風壓特性進行CFD數值模擬，具體方法為：

在Fluent中設定邊界條件，選擇求解器和計算模式，并采用SIMPLE算法進行計算；

所述設定的邊界條件包括：入口邊界條件、出口邊界條件和壁面邊界條件；所述入口邊界條件采用速度入口邊界條件，并通過Fluent的二次開發接口采用UDF宏定義編程導入；所述出口邊界條件采用完全發展出流邊界條件；所述壁面邊界條件為建筑物的表面和地面均選用無滑移壁面，計算域的前面、后面和頂面選用自由滑移壁面；