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矩形平面气承式膜结构平均风荷载与风响应特性研究

武岳 张时为 赵军宾

武岳, 张时为, 赵军宾. 矩形平面气承式膜结构平均风荷载与风响应特性研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(2): 50-57. doi: 10.3724/j.gjgS23051802
引用本文: 武岳, 张时为, 赵军宾. 矩形平面气承式膜结构平均风荷载与风响应特性研究[J]. 钢结构(中英文), 2024, 39(2): 50-57. doi: 10.3724/j.gjgS23051802
Yue Wu, Shiwei Zhang, Junbin Zhao. Research on Mean Wind Load and Wind Response Characteristics of Air-Supported Membrane Structures with Rectangular Plane[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2024, 39(2): 50-57. doi: 10.3724/j.gjgS23051802
Citation: Yue Wu, Shiwei Zhang, Junbin Zhao. Research on Mean Wind Load and Wind Response Characteristics of Air-Supported Membrane Structures with Rectangular Plane[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2024, 39(2): 50-57. doi: 10.3724/j.gjgS23051802

矩形平面气承式膜结构平均风荷载与风响应特性研究

doi: 10.3724/j.gjgS23051802
基金项目: 

国家自然科学基金项目(52078163)。

详细信息
    作者简介:

    武岳,工学博士,教授,主要从事大跨空间结构和结构风工程研究,wuyue_2000@163.com。

    通讯作者:

    赵军宾,博士研究生,主要从事大跨空间结构和膜结构抗风研究,zhaojunbin2021@163.com。

Research on Mean Wind Load and Wind Response Characteristics of Air-Supported Membrane Structures with Rectangular Plane

  • 摘要: 气承式膜结构是典型的风敏感结构,在风荷载作用下膜面会产生较大变形,抗风问题是制约膜结构发展的重要因素。为了研究矩形平面气承式膜结构的风荷载特性,设计并制作了6个不同的刚性模型,利用尖劈、粗糙元和锯齿挡板对A、B、C共3类地貌进行模拟,在大气边界层风洞中进行了矩形平面气承式膜结构刚性模型测压试验,分析了风向、矢跨比、长宽比以及地面粗糙度等因素对结构表面平均风压分布的影响,并计算了结构在不同风向角下的风力系数。基于风洞试验获得的风荷载数据,在有限元软件ABAQUS中对原型尺寸的矩形平面气承式膜结构进行了风振响应分析,膜面选用M3D4R单元建模,拉索选用T3D2单元建模,研究了不同风向角下结构的平均风响应特性,总结了风荷载作用下膜面的位移及应力分布规律,确定了出现位移极值及应力极值的位置,最后提出了适用于矩形平面气承式膜结构的风荷载体型系数分区方案,并给出了不同分区的建议取值。研究表明:矩形平面气承式膜结构的平均风压系数受风向和结构长宽比的影响较大,受地面粗糙度影响较小;长宽比越小,上吸区的风压越小;随矢跨比增加,迎风区正风压系数增加,上吸区负风压减小; 0°风向角下矩形平面气承式膜结构的风力系数最大; 0°及45°风向角下,矩形平面气承式膜结构的迎风面及顶部变形较大,90°风向角下迎风面变形较大而顶部变形较小; 0°及90°风向角下,结构两侧与中部连接的凸起部位应力较大,45°风向角下迎风面拐角处出现明显褶皱并伴随应力集中; 0°风向角下位移及应力均最大,90°风向角下位移及应力均最小;建议0°和90°风向角下矩形平面气承式膜结构风荷载体型系数采用5分区形式,45°风向下采用7分区; 0°及90°风向角下结构分区风荷载体型系数受矢跨比影响明显,45°风向下结构分区风荷载体型系数受长宽比影响明显。
  • [1] 薛素铎. 充气膜结构设计与施工[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2019.
    [2] Newman B G, Ganguli U, Shrivastava S C. Flow over spherical inflated buildings[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1984, 17(3):305-327.
    [3] Kawamura S, Kiuchi T, Mochizuki T. Characteristics of wind pressure acting on spatial large dome[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1992, 42(1/2/3):1511-1512.
    [4] Toy N, Tahouri B. Pressure distributions on semi-cylindrical structures of different geometrical cross-sections[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1988, 29(1/2/3):263- 272.
    [5] Turkkan N, Srivastava N K. Prediction of wind load distribution for air-supported structures using neural networks[J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 1995, 22(3):453-461.
    [6] Li Y Q, Tamura Y. Wind loading and its effects on single-layer reticulated cylindrical shells[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2006, 94(12):949-973
    [7] Uematsu Y, Tsuruishi R. Wind load evaluation system for the design of roof cladding of spherical domes[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2008, 96(10):2054-2066.
    [8] Cheng C M, Fu C L. Characteristic of wind loads on a hemispherical dome in smooth flow and turbulent boundary layer flow[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2010, 98(6):328-344.
    [9] Sun Y, Qiu Y, Wu Y. Modeling of wind pressure spectra on spherical domes[J]. International Journal of Space Structures, 2013, 28(2):87-99.
    [10] Qiu Y, Sun Y, Wu Y, et al. Modeling the mean wind loads on cylindrical roofs with consideration of the Reynolds number effect in uniform flow with low turbulence[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2014, 129:11-21.
    [11] Natalini B,Natalini M B. Wind loads on buildings with vaulted roofs and side wallsA review[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2017, 161:9-16.
    [12] Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles. Reglamento Argentino de acción del viento sobre las construcciones:CIRSOC 102[S]. Buenos Aires:Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles, 2005.
    [13] 于艳, 罗晓群, 张其林, 等. 大跨度膜结构表面平均风压的数值模拟[J]. 建筑结构, 2018, 48(增刊2):1007-1011.
    [14] 冉无忌, 姜国义, 王峰. 应用LK k-ε模型的气承式充气膜结构风荷载和风环境研究[J]. 建筑结构, 2018, 48(增刊2):1012-1017.
    [15] 张虎跃, 王秀丽. 流线型单脊膜结构表面风压特性数值模拟分析[J]. 工业建筑, 2021, 51(7):90-97.
    [16] 申跃奎, 赵德顺, 王秦. 考虑流固耦合作用的充气膜结构风压分布研究[J]. 计算力学学报, 2017, 34(5):665-671.
    [17] Nayer G D, Apostolatos A, Wood J N, et al. Numerical studies on the instantaneous fluid-structure interaction of an air-inflated flexible membrane in turbulent flow[J]. Journal of Fluids and Structures, 2018, 82:577-609.
    [18] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范:GB 50009-2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2012.
    [19] 中国工程建设标准化协会. 膜结构技术规程:CECS 158:2015[S]. 北京:中国计划出版社, 2015.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-18
  • 网络出版日期:  2024-03-29
  • 刊出日期:  2024-02-25

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