复杂双侧大悬挑屋盖平均风压数值模拟

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1、复杂双侧大悬挑屋盖平均风压数值模拟以某体育场双侧大悬挑屋盖平均风压数值风洞模拟为例，重点讨论右限元网格划分，同时涉及适合该类体育场的数值风洞大小、风洞边界条件、湍流模型和对流项插值阶数等影响数值计算精度的几个关键因素，可为同类复杂结构数值模拟提供参考.给出1个风向下该体育场双侧悬挑屋盖部分平均风压数值仿真结果，并与风洞实验结果比较，两者结果接近，说明用数值仿真方法模拟复杂大跨屋盖结构是存效的.关键词：数值模拟；风洞；网格划分；湍流模型；对流项插值阶数；平均风压；有限元；CFX5TU393.3；0357.5；TB115ANumericalsimulationonaver

2、agewindpressureoncomplexroofswithdoublelargecantileverLIUDan,HUANGBencai,SHIYijun(SchoolofAerospaceEng.&AppliedMechanics,TongjiUniv.,Shanghai200092,China)Abstract：Takingthenumericalsimulationofwindpressuredistributiononastadiumroofasanexample,themeshdivisionoffiniteelementisemphasized.A

3、tthesametime,severalkeyfactorswhichfitthiskindofstadiumandinfluentprecisionofnumericalcalculation,suchasfluiddomainsize,boundaryconditionofwindtunnel,turbulencemodel,andorderofconvectiveterm’sdiscretization,arediscussed.Thesefactorscanprovidereferenceforsimilarcomplexstructures.Someresu

4、ltsofnumericalsimulationonaveragewindpressureonstadiumaregivenandcomparedwithresultsofwindtunnelexperiment.Bothresultsarcsimilar.Sothenumericalsimulationcanbeeffectivelyusedforsimulationoncomplexroofstructurewithlongspan.Keywords：numericalsimulation;windtunnel:meshdivision;turbulencemod

5、el;orderofconvectiveterm’sdiscretization:averagewindpressure;finiteelement；CFX50引言结构风工程中大多采用风洞实验方法确定结构物壁面上风载荷,但近年来随着计算机性能的飞速发展，计算流体动力学方法的不断改善与提高，使得应用数值模拟方法预测复杂结构的平•均风载荷成为土木工程中的建筑物抗风研究与计算的另一有效方法.数值模拟是一种近似解，误差大小决定求解精度，数值模拟误差主要产生于3个方面[1]:模型误差、离散误差和迭代误差.通过对某体育场双侧悬挑屋盖进行平均风压数值模拟的研究，重点讨论网格划分中需

6、要注意的若干问题，同时也涉及数值风洞的大小选取、边界条件设定、湍流模型和对流插值阶数等影响数值计算精度的几个关键因素，供同类复杂结构数值模拟时参考.采用国际领先的CFX5软件平台进行数值模拟.对该体育场进行数值模拟和风洞实验，除上述讨论影响数值计算精度的几个关键因素外，还给出部分数值模拟方法模拟屋面平均风压结果，并与风洞实验结果进行比较.1工程特点该体育场所在地基本风压较大，达1.25kN/m2，是上海地区基本风压的2.27倍；该体育场为复杂的双侧悬挑屋盖、体型特殊（见图1），屋盖上平均风压分布无法在相关规范或可靠资料中查取，且每一屋盖上挑，受风也不利.该体育场的屋盖

7、结构设计由风载荷控制.2数值风洞及其边界条件数值风洞模拟与一般的实验室风洞大体类似，需要设置封闭的求解域，即由入口、出口、地面及3个壁面组成，建筑物的数值模型建立在风洞中.数值风洞的大小与计算精度密切相关,如果设置得太小会对建筑物表面风压分布产生影响.例如，如果将数值风洞的出U距离建筑物太近，那么出口处会有回流，最终会导致数值计算发散.根据作者近几年数值模拟的经验，对大跨屋盖结构数值风洞的进门、两个侧边到建筑物以5IImax为宜，顶部距离建筑物应设置(7〜8)Hmax，而出口处宜设置15Hmax左右的距离，这里Hmax代表大跨屋盖结构的最高高度.体育