[发明专利]一种复杂大跨度双曲屋盖的抗风设计方法

权利要求书

1.一种复杂大跨度双曲屋盖的抗风设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、选取四种不同投影形状的大跨度双曲屋盖作为计算模型，并确定计算域尺寸，应用Gambit软件建立数值模拟实验的计算模型，并进行网格划分；

步骤2、选择标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω模型五种不同的湍流模型对四种不同投影形状的大跨度双曲屋盖风压特性进行CFD数值模拟；

步骤3、将步骤2的数值模拟结果与现有缩尺大跨度双曲屋盖的风洞试验数据进行对比分析，发现五种不同湍流模型对四种不同投影形状的大跨度双曲屋盖表面风压分布特性的影响规律；

步骤4、采用数值模拟结果精度高的湍流模型进行计算，得出四种不同投影形状的大跨度双曲屋盖结构在不同风向角下的平均风压系数等值线图，并对等值线图进行分析，得出不同投影形状的大跨度双曲屋盖表面的风压分布规律；

步骤5、针对大跨度双曲屋盖的特点，对风向角、地面粗糙度、建筑屋盖的曲率比、建筑屋盖的矢跨比和建筑基座的高跨这些影响参数进行分析，得到不同影响参数对不同投影形状的大跨度双曲屋盖表面风压分布特性的影响规律；

步骤6、基于步骤1-步骤5，分析得到不同投影形状的大跨度双曲屋盖在常用跨度范围内的风压分区体型系数建议值，并与现行规范中的类似情况进行对比，得到大跨度双曲结构的抗风设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种复杂大跨度双曲屋盖的抗风设计方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：

在Fluent中设定边界条件，选择求解器和计算模式，并采用SIMPLE算法进行计算；

所述设定的边界条件包括：入口边界条件、出口边界条件和壁面边界条件；所述入口边界条件采用速度入口边界条件，并通过Fluent的二次开发接口采用UDF宏定义编程导入；所述出口边界条件采用完全发展出流边界条件；所述壁面边界条件为建筑物的表面和地面均选用无滑移壁面，计算域的前面、后面和顶面选用自由滑移壁面；

所述求解器采用三维单精度求解器进行求解，在大跨度双曲屋盖结构的数值模拟过程中，流场的压力-速度耦合方程选用SIMPLE算法；控制方程中的对流项采用二阶迎风格式离散，而控制方程中的扩散项采用具有二阶精度的中心差分格式离散；模拟过程中使用残差收敛，以均方根残差等于10^-5作为迭代计算的收敛标准，当均方根残差降至10^-5以下时系统将自动停止计算，自此认为屋盖表面风压基本保持不变，即计算域进入了稳定状态；

所述计算模式选择压力基隐式稳态求解。

3.根据权利要求1所述的一种复杂大跨度双曲屋盖的抗风设计方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

在数据分析时，将大跨度双曲屋盖表面的净风压力除以自由流风的平均动压得到无量纲的平均风压系数Cp，分析不同风向角下不同形状的大跨度双曲屋盖的五种湍流模型的模拟精度、计算速度和残差收敛性。

4.根据权利要求1所述的一种复杂大跨度双曲屋盖的抗风设计方法，其特征在于：所述步骤6的具体方法为：

选择最不利风向角、最不利曲率比、矢跨比和高跨比为最值的四组模型进行数值模拟，根据双曲屋盖表面平均风压系数值的规律将屋面进行分区，确定各区域的平均风压系数，将其同规范中的类似情况进行对比，得到大跨度双曲结构的抗风设计方案。