合肥火车南站大跨度空间结构风荷载数值模拟及风振研究.pdf

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1、2013年6月建材与装饰规划与设计合肥火车南站大跨度空间结构风荷载数值模拟及风振研究刘思为（广东省建筑设计研究院广东省广州市510010）摘要：随着我国国民经济的发展，人们生活水平的提高，社会对空间结构尤其是大跨度空间结构的需求日益增加。基于FLUENT软件平台建立了复杂的合肥火车南站的模型，对其周围风环境进行了数值模拟，计算出了模型各个测点的平均风压系数，与风洞试验数据进行对比分析，详细分析了火车站周围风场的分布，数值模拟结果和风洞试验值的一致性比较高。运用有限元分析软件ANSYS，采用时程分析方法，在

2、有限元建模的基础上，利用风洞试验测得的脉动风压时程，计算出合肥火车南站屋盖的位移风振系数。计算表明，采用的方法准确、有效，在实际工程设计中，采用位移风振系数来计算等效静力风荷载是可行的、方便的。关键词：大跨度空间结构；数值模拟；平均风压系数；时程分析方法；风振系数中图分类号：TU312文献标识码：B文章编号：1673-0038（2013）18-0005-02引言进行1：100的缩尺。图2为几何模型图。计算流体力学（ComputationalFluidDynamic，简称CFD）是流体力学的一个分支。计算风

3、工程（ComputationalWindEngi原neering，简称CWE）是计算流体力学在风工程中的发展和应用。风工程研究的流体一般为低速流动，满足流体力学中不可压缩流动的假设，因此，计算风工程的任务是，用计算机和数值方法求解满足定解条件的描述不可压缩流动现象的流体动力学方程组，或其各种简化方程组来研究风工程的问题。数值模拟与物理模拟（主要是风洞试验）相比，它具有费用低、周期短、便于模拟真实环境、描述流场细节和给出流场定量图2几何模型图结果等优点。近年来由于计算流体力学的发展和计算机技术的合肥火车南站

4、模火车站屋面悬挑尺寸很大，屋盖上有采光进步，使计算风工程在建筑、桥梁、车辆和能源等工程领域中得窗，完全采用结构化网格进行非常困难。因此本文采用了混合网到了很快的发展，并逐步进入了实用的阶段，展现出良好的工程格对计算流体区域进行划分，靠近结构近表面的区域采用尺寸较前景。小的非结构化四面体网格，运用Fluent前处理器gambit中的1合肥火车南站屋盖风荷载数值模拟SizeFunction功能来实现结构表面网格特别是屋盖挑檐和不规则合肥火车南站为对称结构，因此仅需计算建筑物一侧风向采光窗部分的加密，对远离建筑

5、物的区域采用Map结构化网格，工况，按照风洞试验风向工况分别计算了0毅、22.5毅、45毅、67.5毅、网格尺寸由内到外逐渐递增。有效地控制贴体网格尺寸，可以以90毅、112.5毅、135毅、157.5毅、180毅等九个风向角，如图1所示。较少的网格数量划分出合理的网格。考虑到计算机硬件水平，经多次试算，本文最终选定整个流域体网格数为300万左右。网格划分图如图3和图4所示。图3流体区域网格划分图按照风洞试验对火车站屋盖的分区情况，将屋盖上表面分为图1风洞试验风向角示意图80个区域，如图5所示。按照合肥火

6、车南站的实际建筑尺寸建立了几何模型，对细本文将计算所得到的各个分区的风压平均风压系数同风洞节部分做了简化，整个结构尺寸为L伊B伊H=392.8伊207.4伊41.3m。试验的结果进行比较分析，以确定数值模拟的可行性和准确性。经过多次试算，综合考虑选择的计算流域为L伊B伊H=16000伊列举22.5毅体型系数计算值与试验值随分区的变化曲线对比，如6000伊600m。建筑物置于流域前沿1/4处，尾流区达到30倍建筑图6所示。物流向尺寸，认为该流域已经可以模拟该建筑所在位置的风环总体来说，模拟结果和实验数据的差

7、距不大，分区体型系数境。为了和风洞试验数据进行对比，在Fluent软件中对整体模型·5·规划与设计建材与装饰2013年6月盖跨度大，结构柔，风荷载作用下节点位移主要以竖向位移为主，因此，本文仅列出火车站屋盖的竖向位移风振系数茁z。下面列出45毅和157.5毅两风向角下的各分区竖向风振系数变化图（图8和图9）。图4建筑物附近区域网格划分图图845毅风向角下的各分区竖向风振系数图5屋盖分区示意图图9157.5毅风向角下的各分区竖向风振系数由结果的数据可知，屋盖表面的等效风荷载均为负压，其范围在间，且数值分布均

8、匀，各相邻分区有连续性。3结论图622.5毅体型系数计算值与试验值对比（1）在所有风向角作用下，整个火车站屋盖表面承受的风压最大差值不超过0.4，模拟结果可靠。以负压（即吸力）为主，仅在迎风面挑檐下部区域内出现正压。2火车站屋盖风振系数计算结果及其分析（2）屋盖迎风面位置的平均风压系数的变化梯度较大，在其合肥火车南站主体部分采用钢筋混凝土结构，屋面结构采用它区域变化相对平缓，这主要是因为迎风面边缘出现了来流的平面网架和空间桁架