復(fù)雜形體結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布的數(shù)值風(fēng)洞方法研究

復(fù)雜形體結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布的數(shù)值風(fēng)洞方法研究

大走廊空間結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于劇院、展館、飛機(jī)站、港口、健身房、車站、煤站、倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)設(shè)施等建筑中。設(shè)計(jì)生動(dòng)流暢、賞心悅目的大跨度結(jié)構(gòu)成為建筑師和結(jié)構(gòu)工程師共同的追求。隨著跨度不斷增加,風(fēng)荷載逐漸成為空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制荷載。并且因其體型日趨復(fù)雜,現(xiàn)行荷載規(guī)范中無(wú)法提供對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù),更無(wú)法給出結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓分布規(guī)律和風(fēng)振系數(shù)。導(dǎo)致對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載取值缺乏依據(jù)。目前,對(duì)大型復(fù)雜形體的空間結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載取值,多采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的方法。該方法雖然有效但耗資巨大,實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)。數(shù)值風(fēng)洞方法在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究和設(shè)計(jì)中具有極為廣闊的發(fā)展前景。數(shù)值風(fēng)洞指利用計(jì)算機(jī)模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面及其周圍的空氣流場(chǎng),經(jīng)數(shù)值計(jì)算,獲取結(jié)構(gòu)形體表面的風(fēng)壓分布、風(fēng)載體型系數(shù)和結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù),為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)。數(shù)值風(fēng)洞是多學(xué)科高度集成的產(chǎn)物,體現(xiàn)為綜合集成創(chuàng)新。涉及廣泛的學(xué)科領(lǐng)域,例如計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、有限元方法、風(fēng)工程、結(jié)構(gòu)工程,以及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、高效數(shù)值算法、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和動(dòng)態(tài)可視化處理技術(shù)等學(xué)科。1基本方程和邊界條件在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中,結(jié)構(gòu)物處于各類梯度低速風(fēng)場(chǎng)中,因此可采用不可壓縮的粘性流體模型。若不考慮流場(chǎng)中溫度變化,則又可認(rèn)為流體的動(dòng)力學(xué)黏度μ和密度ρ為常數(shù)。在連續(xù)介質(zhì)假設(shè)下,流場(chǎng)可通過(guò)下列基本方程描述:連續(xù)性方程運(yùn)動(dòng)方程本構(gòu)方程將式(3)代入式(2),并考慮式(1),得到Navier-Stokes方程:式中:vi代表流體速度,v為流體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù),f為單位質(zhì)量流體受到的體積力,ρ為流體密度,p為流體的壓力,常溫常壓下(20℃,1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓),取空氣的粘性系數(shù)μ=1.7894×10-5kg/m?s,密度ρ=1.225kg/m3。式(4)與式(1)組成了求解vi和p的基本方程。同時(shí)可根據(jù)具體問(wèn)題,在邊界上給出速度或壓力的邊界條件。通常在結(jié)構(gòu)的求解域的入口處設(shè)置速度邊界條件,如式(5):其中ZG為各類地貌所對(duì)應(yīng)的梯度風(fēng)高度(即大氣邊界層高度),α為反映各種地貌地面粗糙特性的平均風(fēng)速分布冪指數(shù),UG為梯度風(fēng)速度,UZ為離度Z處的風(fēng)速;出口邊界為壓力出流條件,取相對(duì)壓力值為零;地面以及模型表面都設(shè)置為無(wú)滑移壁面邊界;流域頂部和兩側(cè)采用與出流和入流協(xié)調(diào)的風(fēng)速入口邊界條件。迄今,對(duì)于風(fēng)場(chǎng)的模擬已提出不同的模型[12~14],它們各有特點(diǎn)。由于建筑結(jié)構(gòu)的雷諾數(shù)Re的數(shù)量級(jí)可取為107,采用DNS方法尚不現(xiàn)實(shí)。從實(shí)際工程角度看,采用雷諾應(yīng)力湍流模型(RSM)可得到較為可靠的流場(chǎng)平均特性描述。在此,采用基于湍動(dòng)能k和湍流動(dòng)能耗散率ε的湍流模型?？刂品匠探M為:湍流動(dòng)能方程:湍流動(dòng)能耗散率方程:式中vj為時(shí)均速度分量,湍流黏度μt=Cμρk2/ε。雷諾應(yīng)力的再分配項(xiàng)為:其中C1ε、C2ε、Cμ、σk、σε是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。k=1.5[V(z)?I]2,ε=0.090.75k1.5/l,我國(guó)規(guī)范對(duì)湍流強(qiáng)度并無(wú)規(guī)定。在此暫按日本規(guī)范中類似的類別取用。即在5.0m以下,湍流強(qiáng)度為0.23;在5.0m~350.0m范圍,湍流強(qiáng)度取為0.1×(Z/350)-0.20。結(jié)構(gòu)表面某結(jié)點(diǎn)i的風(fēng)載壓力體型系數(shù)μsi和平均風(fēng)壓力體型系數(shù)μs分別為:式中:pi為i點(diǎn)的計(jì)算壓強(qiáng),p∞和U∞Z分別為無(wú)窮遠(yuǎn)處參考?jí)毫透叨萙處的梯度風(fēng)速;Aj為研究對(duì)象物的j表面面積編號(hào);為表面j的法向矢量,m為表面?zhèn)€數(shù);ρ為空氣密度,以壓力為正,吸力為負(fù)。2計(jì)算結(jié)果分析對(duì)代表性算例和實(shí)際工程進(jìn)行數(shù)值風(fēng)洞模擬計(jì)算,并與相應(yīng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)比較,以提出風(fēng)載體型系數(shù)等結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。首先對(duì)封閉式單體模型進(jìn)行三個(gè)風(fēng)向角下的數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算,并將模擬結(jié)果與風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)相比較,驗(yàn)證數(shù)值模擬成果的正確性。然后,用數(shù)值風(fēng)洞方法,對(duì)空曠條件下單體結(jié)構(gòu)模型的模擬計(jì)算結(jié)果、存在前后阻擋物條件下的單體結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,以分析風(fēng)場(chǎng)環(huán)境對(duì)建筑物風(fēng)載風(fēng)壓的影響。再次,對(duì)非封閉式結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算,與風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析比較。在充分驗(yàn)證文中數(shù)值模擬方法可靠性基礎(chǔ)上,對(duì)某些典型空間結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的風(fēng)載體型系數(shù)進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè),根據(jù)等壓線分別計(jì)算各區(qū)域風(fēng)載體型系數(shù),為結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。最后,對(duì)柔性膜結(jié)構(gòu),利用本數(shù)值風(fēng)洞方法計(jì)算初始風(fēng)載體型系數(shù)。本文空間結(jié)構(gòu)對(duì)象的實(shí)體模型在Midas軟件中構(gòu)建,使用流體力學(xué)網(wǎng)格生成軟件Gambit進(jìn)行部分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,并輸入至Fluent和Fidap軟件中。風(fēng)場(chǎng)入口處取實(shí)際梯度分速,由當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓轉(zhuǎn)換而得。算例采用的湍流模型是標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1Cε=1.44,2Cε=1.92,Cμ=0.09,σk=1.0計(jì)算模式選擇穩(wěn)態(tài)計(jì)算,采用求解壓力耦合方程的半隱式算法。2.1數(shù)值波動(dòng)實(shí)驗(yàn)及其驗(yàn)證2.1.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論圖1示為一大跨空間結(jié)構(gòu),設(shè)為剛性模型。因四周玻璃幕墻,可視結(jié)構(gòu)為完全封閉式。結(jié)構(gòu)南北向長(zhǎng)960.0m,東西向780.0m,最高處45.0m,平面布置、區(qū)域劃分及風(fēng)向角見(jiàn)圖所示。采用B類地貌,100年重現(xiàn)期,10.0m高度處的10分鐘平均基本風(fēng)壓取w0,100=0.5kPa,相應(yīng)的基本風(fēng)速為,B類地貌對(duì)應(yīng)的梯度風(fēng)高度為ZG=350.0m,α=0.16。計(jì)算0o方向角下的結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù),與相應(yīng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較見(jiàn)圖2。0o、90o和180o風(fēng)向角下的數(shù)值風(fēng)洞風(fēng)載體型系數(shù)與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的體型系數(shù)對(duì)比,見(jiàn)表1所示。從表1可見(jiàn),數(shù)值風(fēng)洞方法所得的體型系數(shù)與風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)的定性結(jié)果相同,定量上的誤差也滿足精度要求,但數(shù)值模擬結(jié)果比風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕對(duì)值均略有偏大。誤差主要由兩個(gè)原因造成。其一,流場(chǎng)計(jì)算的尺度選取得不夠大。由于文中模擬的是大跨度空間結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)三維尺寸都相對(duì)較大,須采用相應(yīng)的大尺度流場(chǎng)。然而在相同的計(jì)算精度下流場(chǎng)尺度的增大必然導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)目的增加,海量的網(wǎng)格數(shù)目導(dǎo)致數(shù)值模擬耗時(shí)冗長(zhǎng)。因此必須在流場(chǎng)大小和網(wǎng)格數(shù)目間進(jìn)行協(xié)調(diào)。本文模擬時(shí)采用的風(fēng)場(chǎng)尺寸為寬1600m、高400m、長(zhǎng)2000m;而風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)采用1∶300的縮尺模型,風(fēng)洞尺寸為寬15m、高2m、長(zhǎng)14m,即相當(dāng)于實(shí)際尺寸寬4500m、高600m,長(zhǎng)4200m,風(fēng)場(chǎng)寬度為模擬風(fēng)場(chǎng)寬度的3倍,高度為1.5倍,長(zhǎng)度為2.1倍。因此得到的數(shù)據(jù)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定偏差?？梢则?yàn)證,若流場(chǎng)尺度過(guò)小,流場(chǎng)的側(cè)邊界對(duì)流場(chǎng)有擠壓作用,這種流場(chǎng)邊界約束效應(yīng)導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)表面壓力和體型系數(shù)均相對(duì)增大,繼而導(dǎo)致計(jì)算誤差。為此,在模擬計(jì)算中增大流場(chǎng)尺度,即取流場(chǎng)寬3200m、高400m、長(zhǎng)5000m;同時(shí)相應(yīng)增大網(wǎng)格的尺度。再次進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,所得結(jié)果和小尺度流場(chǎng)時(shí)的結(jié)果及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖中不難看出,流場(chǎng)尺度增大后,體型系數(shù)更接近于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這與理論分析結(jié)果是一致的。可以推測(cè),若進(jìn)一步加大風(fēng)流場(chǎng)尺度將會(huì)有更好的結(jié)果。但這須建立在計(jì)算工具性能提高的基礎(chǔ)上,這也是大跨度空間結(jié)構(gòu)數(shù)值風(fēng)洞模擬存在的問(wèn)題之一。其二,網(wǎng)格劃分不均勻,即在結(jié)構(gòu)表面,部分網(wǎng)格較密而部分網(wǎng)格較粗,這加大了分區(qū)體型系數(shù)統(tǒng)計(jì)上的難度,從而影響了分區(qū)體型系數(shù)的精確度。以上兩個(gè)原因是文中數(shù)值風(fēng)洞模擬結(jié)果誤差的主要來(lái)源。2.1.2結(jié)構(gòu)b的風(fēng)載體型系數(shù)當(dāng)兩個(gè)或更多建筑物相距較近,這些建筑物的風(fēng)場(chǎng)發(fā)生相互影響,在數(shù)十米乃至數(shù)百米的空間中,互相影響的風(fēng)場(chǎng)與處于空曠環(huán)境下的單個(gè)結(jié)構(gòu)物周圍的風(fēng)場(chǎng)差異明顯。因此,對(duì)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)物間風(fēng)場(chǎng)的相互影響應(yīng)予考慮。在此以圖4所示兩個(gè)空間位置相近的結(jié)構(gòu)物為例,分析結(jié)構(gòu)B的周圍環(huán)境風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)載體型系數(shù),以及結(jié)構(gòu)B和結(jié)構(gòu)C周圍相互影響的風(fēng)場(chǎng)。結(jié)構(gòu)B為一兩端開(kāi)口的大跨度空間結(jié)構(gòu),南北向長(zhǎng)度260.0m,東西向跨度125.0m,最高處為28.0m;結(jié)構(gòu)形體無(wú)明顯的形狀拐角。風(fēng)可從開(kāi)口端流入流出結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)內(nèi)外表面皆受風(fēng)壓。將內(nèi)外表面對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)的風(fēng)壓相減即得到該測(cè)點(diǎn)處的凈風(fēng)壓值。體型系數(shù)由式(9)給出:其中Piu為作用在結(jié)點(diǎn)i處的外側(cè)表面壓力,Pid為作用在測(cè)點(diǎn)i處的內(nèi)側(cè)表面壓力,U∞Z含義同式(8)。對(duì)結(jié)構(gòu)B的風(fēng)載體型系數(shù),可分四種工況分析。Case1指0o風(fēng)向角下前后無(wú)阻擋的單體結(jié)構(gòu)B的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)壓工況;Case2指0o風(fēng)向角下結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)受結(jié)構(gòu)C影響的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)壓工況;Case3指180o風(fēng)向角下前后無(wú)阻擋的單體結(jié)構(gòu)B的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)壓工況;Case4指180o風(fēng)向角下結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)受結(jié)構(gòu)C影響的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)壓工況。各風(fēng)向角方向參見(jiàn)圖1所示。圖5示為不同工況下數(shù)值風(fēng)洞和風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)的體型系數(shù)比較。對(duì)比圖5(a)、圖5(b),對(duì)于0o風(fēng)向角,結(jié)構(gòu)C對(duì)結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)的影響微弱;從圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)三個(gè)云圖的色塊分布及其變化趨勢(shì)及計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比可見(jiàn),Case1和Case2的數(shù)值風(fēng)洞結(jié)果與Case2的風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大。此時(shí)結(jié)構(gòu)B位于風(fēng)場(chǎng)上游,結(jié)構(gòu)C對(duì)結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)的尾流有影響;Case1、Case2的數(shù)值風(fēng)洞結(jié)果和風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果不但定性相同,定量的差別也小。對(duì)180o風(fēng)向角來(lái)風(fēng),不考慮結(jié)構(gòu)C對(duì)結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)的影響,數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大差別。圖5(d)中結(jié)構(gòu)B表面在整體上受到吸風(fēng)作用,這與圖5(f)示風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果相反。此時(shí)結(jié)構(gòu)C處于風(fēng)場(chǎng)上游,而結(jié)構(gòu)B處于風(fēng)場(chǎng)下游。位于上游風(fēng)的結(jié)構(gòu)C改變了結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)的流動(dòng)特性?？捎脠D6和圖7解釋圖5的狀況。從圖5看出,對(duì)180o風(fēng)向角,結(jié)構(gòu)C位于來(lái)風(fēng)上游。此種情況下,若不計(jì)結(jié)構(gòu)C對(duì)風(fēng)場(chǎng)的干擾,而仍按無(wú)阻擋物情形分析結(jié)構(gòu)B周圍風(fēng)場(chǎng)(即來(lái)風(fēng)在無(wú)任何阻擋條件下流入結(jié)構(gòu)B入口,然后從其出口處順暢流出),則進(jìn)入結(jié)構(gòu)B內(nèi)的風(fēng)流動(dòng)不產(chǎn)生漩渦。且因結(jié)構(gòu)B內(nèi)的受風(fēng)截面比其入口處截面大。依據(jù)流體連續(xù)性條件,其速度降低,再由伯努力定理可知,氣流對(duì)結(jié)構(gòu)物B的內(nèi)壁壓力增大;而此時(shí)結(jié)構(gòu)B外部風(fēng)繞流的流線在結(jié)構(gòu)B外表面密集(見(jiàn)圖6(b)),流速較大,壓力相應(yīng)較小。因此,內(nèi)外壓差的方向指向結(jié)構(gòu)B的外法線方向,即在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生負(fù)壓,結(jié)構(gòu)B的屋面受到吸力作用。實(shí)際上,對(duì)180o風(fēng)向角來(lái)風(fēng),結(jié)構(gòu)C的存在明顯影響結(jié)構(gòu)B的周圍風(fēng)場(chǎng)。數(shù)值模擬顯示,氣流在結(jié)構(gòu)C后方形成大尺度漩渦,漩渦影響結(jié)構(gòu)B入口處的風(fēng)流場(chǎng),致使進(jìn)入結(jié)構(gòu)B內(nèi)部的流線顯著減少,結(jié)構(gòu)B內(nèi)部的流場(chǎng)受氣流擾動(dòng)較小,內(nèi)部壓力變化微弱,可認(rèn)為基本保持參考大氣壓強(qiáng)。同時(shí),結(jié)構(gòu)C的高度明顯大于結(jié)構(gòu)B的高度,氣流流線經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)C后下降俯沖到結(jié)構(gòu)B的上表面,在表面的法向產(chǎn)生壓力。該壓力超過(guò)參考大氣壓強(qiáng),造成結(jié)構(gòu)表面在整體上受到正壓,即屋蓋受到下壓風(fēng)作用。2.1.3風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趫D5(e)、圖5(f)中即便考慮結(jié)構(gòu)C的影響,數(shù)值風(fēng)洞和風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍存在差別,且數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算的風(fēng)載體型系數(shù)相對(duì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。這可從風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)中分析原因,風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D7示。從圖8看出,風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)中,在結(jié)構(gòu)B內(nèi)布置了大量導(dǎo)線,即采用半邊布測(cè)點(diǎn),導(dǎo)線集中于結(jié)構(gòu)內(nèi)部一側(cè)。其布置對(duì)風(fēng)洞風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生流動(dòng)阻礙。而結(jié)構(gòu)B實(shí)際為前后通風(fēng)的結(jié)構(gòu)。若在數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算中,修改模型B的周圍環(huán)境條件,即對(duì)出入口施以部分遮擋,則計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖9示?？梢?jiàn),兩者結(jié)果相近。因此可推斷,風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)線確對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。這一點(diǎn)只有通過(guò)數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算才可發(fā)現(xiàn),由此可見(jiàn)數(shù)值風(fēng)洞的優(yōu)越性。2.2材料上的體型系數(shù)在前述工作正確性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)一典型空間結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行數(shù)值風(fēng)洞分析,以試圖把數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)圖10所示大跨空間結(jié)構(gòu)工程,定義0o風(fēng)向角來(lái)風(fēng)平行于結(jié)構(gòu)短軸方向(即在圖(b)中風(fēng)自左向右吹),90o風(fēng)向角平行于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸(即在圖10(d)中風(fēng)自下向上吹)。根據(jù)0o風(fēng)向角和90o風(fēng)向角下的數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算結(jié)果繪制等值體型系數(shù)線,并將整體結(jié)構(gòu)劃分為數(shù)個(gè)受風(fēng)區(qū)域。基于區(qū)域面積加權(quán)方法求得各區(qū)域的風(fēng)載體型系數(shù)。如圖10(b)示,0o風(fēng)向角下結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù)等值線分布為縱向條紋。以結(jié)構(gòu)下半部分為例說(shuō)明,將其沿結(jié)構(gòu)縱向劃分為8個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖10(c))。90o風(fēng)向角下結(jié)構(gòu)受風(fēng)作用呈現(xiàn)左右對(duì)稱,體型系數(shù)等值線分布為橫向條紋,見(jiàn)圖10(d)。以結(jié)構(gòu)左半部為例說(shuō)明,將其沿結(jié)構(gòu)橫向劃分為8個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖10(e))。經(jīng)數(shù)值風(fēng)洞計(jì)算得到的各區(qū)域體型系數(shù)如表2示。從圖表可見(jiàn),數(shù)值模擬結(jié)果符合此結(jié)構(gòu)的風(fēng)載體型系數(shù)規(guī)律。2.3結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù)最大陣風(fēng)風(fēng)速空間膜結(jié)構(gòu)常處于開(kāi)敞空間環(huán)境中。對(duì)圖11(a)示典型形狀的空間膜結(jié)構(gòu),采用數(shù)值風(fēng)洞方法分析其風(fēng)載初始體型系數(shù)。該膜結(jié)構(gòu)頂端開(kāi)設(shè)一圓孔,用于通風(fēng)。將結(jié)構(gòu)分為8個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域的膜面均為負(fù)高斯曲面。定義0o風(fēng)向角來(lái)風(fēng)沿膜結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸方向(即在圖11(b)中風(fēng)自左向右吹),而90o風(fēng)向角則沿膜結(jié)構(gòu)短軸方向(即在圖11(c)中風(fēng)自下向上吹)。由于結(jié)構(gòu)形態(tài)較為復(fù)雜,須數(shù)值風(fēng)洞模擬計(jì)算在0o、30o、45o和90o等多個(gè)風(fēng)向角來(lái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù)。30o和45o風(fēng)向角來(lái)風(fēng)分別指從0o風(fēng)向角逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度而達(dá)到的方向。數(shù)值風(fēng)洞結(jié)果見(jiàn)圖11所示。由圖可見(jiàn),數(shù)值模擬結(jié)果同樣符合此結(jié)構(gòu)的風(fēng)載體型系數(shù)規(guī)律。3結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)誤差及分析數(shù)值風(fēng)洞方法可為復(fù)雜形體結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布確定、風(fēng)載體型系數(shù)和結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)的科學(xué)選取提供非實(shí)驗(yàn)性計(jì)算成果,具有成本低、周期短、模擬工況多、可重復(fù)性的優(yōu)點(diǎn)。本