基于抗风设计的折叠网壳房屋外形优化研究

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1、分类号：TU310710-2015128006硕士学位论文基于抗风设计的折叠网壳房屋外形优化研究姬明辉导师姓名职称颜卫亨教授申请学位级别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月1日学位授予单位长安大学StudyontheOptimizationoftheShapeofFoldedShellHouseBasedonWind-resistantDesignAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiMinghuiSupervisor：Prof.YanWeihengCha

2、ng’anUniversity,Xi’an,China摘要轻型折叠网壳房屋是一种体型复杂、由轻质材料构筑而成的野营房屋，在我国工程实际中得到广泛应用，由于此类建筑质量轻且表面气动特性十分复杂，属于风致敏感建筑，然而针对折叠网壳房屋抗风外形优化的研究尚未深入开展，因此基于现有特定外形的风洞试验数据，建立经济且高效的数值风洞，在满足野营房屋使用功能要求的前提下，对多体形多工况折叠网壳房屋建筑体型进行优化设计，使风荷载对建筑作用影响降到最低，对开发新型折叠网壳房屋具有较好的理论意义与工程应用价值，同时也为类似轻型可移动房屋的抗风外形优化提供设计理论和设计方法。为改善复

3、杂体型折叠网壳房屋的抗风性能，使其在风荷载作用下具有合理的外形，基于计算流体动力学（CFD）的基本理论，运用流体动力学计算软件FLUENT进行数值风洞模拟，与风洞试验数据进行对比验证，探讨与分析轻型折叠网壳房屋的合理数值风洞并选取边界条件、计算域尺寸、网格划分、离散格式、求解算法、湍流模型等数值模拟的基本参数和技术。按照空间网格结构技术规程与野营房屋使用功能要求，以矢跨比、端门倾角、端门高为尺寸参数，设计出28种建筑体形，以0°、30°、45°、60°与90°风向角为分析参数进行140种工况的数值模拟，得出轻型折叠网壳房屋不同体形表面风压分布特性与风荷载体型系数

4、。在此基础上以风压分布均匀程度与体型系数标准差最小为优化目标，对轻型折叠网壳房屋进行基于抗风设计的体形优化分析，得到抗风性能良好的合理外形。结果表明：建立数值风洞进行多系数多工况下的建筑外形优化研究，是一种十分经济且高效的方法，基于抗风设计对折叠网壳房屋进行外形优化，可以有效提高其抗风性能，同时为轻型可移动房屋的抗风优化设计提供依据和参考。关键词：折叠网壳房屋，计算流体动力学，数值模拟，风荷载体型系数，外形优化iAbstractThelight-foldedreticulatedshellhouseisacampinghousethathascomplexsha

5、peandismadeoflightweightmaterials,whichiswidelyusedinourcountry'sengineeringpractice.Duetothelightweightandcomplexsurfaceaerodynamicpropertiesofsuchbuildings,itisawind-sensitivebuilding.However,theresearchontheoptimizationofthewind-resistantshapeofthefoldedshellhouseshasnotbeencarrie

6、doutindepth.Therefore,basedontheexistingwindtunneltestdataforspecificshapes,thisarticleestablishesaneconomicalandefficientnumericalwindtunnel.Underthepremiseofsatisfyingthefunctionalrequirementsofthecampinghouse,weoptimizethedesignofthemulti-body,multi-case,folded,shell-accommodatedb

7、uildingconstructionandminimizetheimpactofwindloadsonthebuilding.Itisofgreattheoreticalsignificanceandengineeringapplicationvalueforthedevelopmentofanewtypeoffoldedmeshhousing.Italsoprovidesdesigntheoryanddesignmethodfortheoptimizationofwindresistanceofsimilarlightweightmobilehousing.

8、Inordertoimp