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方形高层建筑风荷载数值模拟

作　者: 陈细勇
导　师: 佟丽莉
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 高层建筑结构 风荷载 数值模拟 CAARC标准模型 体型系数
分类号: TU973.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 103次
引　用: 4次
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内容摘要


高层建筑结构对风荷载是比较敏感的结构。准确确定结构表面的风压情况,对建筑物的抗风设计有着极其重要的意义。在“高层民用建筑钢结构技术规程”和“建筑结构荷载规范”中,虽然对不同类型的建筑物和结构物的体型系数进行了规定,但均没有考虑建筑物高宽比H/B、宽厚比B/D和截面尺寸B×D的影响,有一定的不合理之处。本文通过选取CAARC高层建筑模型这类广泛标准建筑模型,对其建立三维计算模型,使用有限元软件ANSYS计算模拟其在大气边界层中风压分布情况。根据对标准模型的计算,得到结构表面的风压分布情况,并与风洞试验比较,从而确保了方法的可靠性和有效性。基于此,本文通过建立相同高度不同高宽比和几组相同高宽比不同截面的的高层建筑模型进行数值模拟,并研究得出的高层建筑周围的流场分布,总结关于不同类型建筑物风压分布场和风速分布场的一些规律和特点；计算它们的体型系数,与规范中的数值进行比较,并分析风载体型系数与建筑几何尺寸的关系,得出相应的结论；并对工程设计时风载体型系数的确定提出建议。基于前面的数值风场的模拟结果,进行结构的响应分析。计算结构在风场中发生的位移,并得出相应的结论。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-20
  1.1 问题的提出  11-14
    1.1.1 研究背景  11-13
    1.1.2 研究目的和意义  13-14
  1.2 国内外研究现状及其评述  14-18
    1.2.1 主要的研究方法  14-15
    1.2.2 国内外研究现状  15-18
    1.2.3 国内外研究现状及其评述  18
  1.3 本文主要研究内容  18-20
第2章 风的特性及风荷载数值模拟相关理论  20-45
  2.1 风的特性  20-25
    2.1.1 大气边界层近地风的特性  20-23
    2.1.2 风压  23-25
  2.2 钝体绕流的特性  25-30
  2.3 描述钝体绕流的基本方程  30-36
    2.3.1 运动方程和连续性方程  30-31
    2.3.2 纳维——斯托克(Navier-Stokes)方程  31-33
    2.3.3 N-S方程的主要求解方法  33-36
  2.4 近壁面区域的处理  36-38
    2.4.1 壁面函数法  36-38
  2.5 计算区域的离散  38-41
    2.5.1 有限体积法简介  38
    2.5.2 偏微分方程组的离散  38-39
    2.5.3 离散方程的求解方法  39-41
  2.6 流固耦合及其相关理论  41-44
    2.6.1 流固耦合中的ALE法  41-42
    2.6.2 Ansys中求解流固耦合问题的方式方法  42-43
    2.6.3 Ansys中求解流固耦合时要注意的问题  43-44
  2.7 本章小结  44-45
第3章 方形高层建筑风场数值模拟  45-88
  3.1 CAARC标准模型概述  45-46
  3.2 CAARC标准模型风洞试验  46-47
  3.3 CAARC标准模数值模拟  47-55
    3.3.1 风荷载数值模拟的过程  47-48
    3.3.2 高层建筑周围风场的计算模型  48-50
    3.3.3 CAARC标准模型风荷载数值模拟  50-55
  3.4 方形建筑结构模型风荷载数值模拟及结果分析  55-84
    3.4.1 相同高度不同高宽比的高层建筑模型数值模拟  56-69
    3.4.2 几组相同高宽比不同截面的高层建筑模型数值模拟  69-84
  3.5 对工程设计时提出的建议  84-86
  3.6 本章小结  86-88
第4章 方形高层建筑的结构响应分析  88-98
  4.1 结构计算模型  88-89
  4.2 量纲分析法  89-91
  4.3 CAARC标准模型位移计算结果及分析  91-92
  4.4 结构的位移计算及结果分析  92-97
    4.4.1 相同高度不同高宽比的结构位移计算  92-94
    4.4.2 相同高宽比不同截面尺寸的结构位移计算  94-97
  4.5 本章小结  97-98
结论与展望  98-100
参考文献  100-105
致谢  105

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 结构分析与计算
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