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防城港市职业教育中心体育馆风压分布数.docx


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防城港市职业教育中心体育馆风压分布数.docx防城港市职业教育中心体育馆风压分布数值模拟及风载作用下结构承载力研究报告广西大学2011年6月9日防城港市职业教育中心体育馆位于广西防城港市,防东大道以南,英才路以西,西苑路以北,学海路以东,T程主体结构采用管桁架的结构形式,其屮纵向主拱为空间组合桁架,横向桁架为平面桁架,拱架附近的悬挑结构采用管桁网架。因本体育馆复杂屋盖结构地处西南沿海地带,气候及风环境复杂,需对该结构周围的风场环境及实际风圧值进行仿真模拟研究,精确确定木结构的风荷载取值,为结构承载能力计算提供依据,为简化分析,计算过程中仅考虑钢结构主体部分及管网结构部分。主体结构示意图如图1所示。a: 2 ③图1体育馆结构示意图本报告分为两部分内容,第一部分为体育馆结构屋盖风荷载三维数值模拟研究,根据体育场周围的风环境进行流体力学计算,将屋盖结构作为整个流场计算的边界条件,计算设计基本风荷载作用下的屋盖结构风压强值,并按照基木设计风荷载,将其转化为风压系数,便于有限元结构计算时进行风载计算;第二部分内容为对本体育馆在恒载作用、活载作用及风载作用下的主体结构的承载力及强度计算,分析其在最不利风载作用下的应力及变形,为本结构的设计计算作为有效的补充和参考O2>>复杂三维建筑物周围风场的数值建模现行的《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)只给出了较为规则建筑物的风压体型系数,对于体型复杂的建筑物《建筑结构荷载规范》规定,应进行风洞试验或者数值模拟风确定其风荷载作用。建筑物周围风场的数值模拟是将建筑物置于流动的风场中,以流动风的质量守恒、动量守恒方程、湍流输运方程作为控制方程,采用离散化的数值方法获得风场中离散风压的解,可确定岀风场内建筑物表而的风压力值,同时可以得到流场中其他相关的物理量状态值。本报告以FLUENT软件为平台,以防城港市职业教育中心体育馆为工程背景,对建筑物周围风流场数值模拟过程,包括:儿何建模、计算流域的确定、网格划分、边界条件的选取、参考圧力位置的确定、湍流模型的选择、求解参数的设置进行分析。、几何建模在FLUENT的前处理模块GAMBIT中,按原型尺寸建立儿何模型,采用原型尺寸能避免尺寸效应可能对结果所产生的影响。90=>、计算流域的确定位于大气边界层中的建筑物风对其绕流时,处于一个完全开口的流动风场中,但风对建筑物作用的影响具有一定的范围,在数值模拟时可给定有限的三维计算区域,并确定计算区域各边界的边界条件以模拟实际的流动风场。计算流域的确定需要考虑,随着计算区域的增大,网格数量增加,计算量加大,计算时间增长;然而计算区域过小,则可能导致模拟失真。合理的选择计算区域有助于模拟结果准确性的提高和计算量的减少。在0°风向角时,对在顺风向上计算流域与建筑物尺寸Z比为采用了10倍进行数值模拟。90°风向角时,采用顺风向计算流域与建筑物尺寸比为10倍以保证流动达到充分发展状态。2・4、湍流模型常用的湍流模型有如下三种:standardk-s湍流模型、RNGk-e湍流模型和RSM湍流模型。三种湍流模型都是针对湍流发展非常充分的情况建立的,对丁•雷诺数比较小的近壁区内流动,湍流发展不充分可采用壁而函数。湍流模型近壁而配合非平衡壁面函数计算三维钝体流场,可以得到具有合理精度的解。1、标准k・£模型该模型是由Lauder和Spalding在1972年提出的,殳和£对应的输运方程为0(%)5{pku^_5dt Sx;dxj、VT1/+—6•丿dxj5k+Gk+Gh-pe-YM+Sk(1)dt dxidxj其中q=vTJ+:]訝+c止G+g)-%£+S。(2)2k匹是由于平均速度梯度引起的湍动能/<的产生项;+dxi)dxjq,是由于浮力引起的湍动能k的产生项,对于不可压缩流体g^o;人代表可压湍流中脉动扩张的贡献,对于不可压流体诊=o;c.,>7、c池为经验常数,务和込,分别是湍动能*和湍流耗散率&对应的Prandtl数,根据Launder等的推荐值及后来的试验验证,模盘常数取值如下:C*=,C2£=,J=,6’=1°,化=;S{和乂•是口定义源项。2、RNGk・w模型RNGk・£模型是由Yakhot及Orzag提出的,RNG是英文urenormalizationgroup"的缩写,译为重正化群,斤和£的方程与标准k・£模型相类似:5/.x ( Ck、— 心、—[pk)^—[pkui)=—ak/dejf—+Gk-ps (3)ot oxi dxj\dxjJ+C\£^-Gk—C2^p— R£⑷dt dxi dxjI dxj) k k其中:=门+““=pCh二C“=,ock=ocs—\.39C1&=,C2w='(

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  • 时间2020-09-29