最新开敞式拱形波纹屋盖体型系数研究
基于拱型波纹钢屋盖结构的声学性能研究
基于拱型波纹钢屋盖结构的声学性能研究引言：随着人们对于居住环境的要求日益提高，建筑结构的声学性能也越来越受到关注。
拱型波纹钢屋盖结构作为一种新颖的建筑形式，具有轻质、高强度和易于安装等优点，在建筑行业得到了广泛的应用。
然而，关于拱型波纹钢屋盖结构的声学性能研究还相对较少。
本文将以拱型波纹钢屋盖结构为研究对象，探讨其声学特性，并提出一些相关的解决方案。
一、拱型波纹钢屋盖结构的声学传输特性拱型波纹钢屋盖结构具有一定的声学传输特性。
首先，钢材的高导热系数使得拱型波纹钢屋盖结构具有较好的声音反射能力，可避免声音能量的损失。
其次，波纹的形状和布置方式在一定程度上影响着声学传输。
根据相关研究发现，拱型波纹的形状对于声波的传播具有一定的阻碍作用，减少了噪音的传播距离。
同时，波纹的间距和高度也会影响声音的散射与吸收。
二、拱型波纹钢屋盖结构的声学隔音性能拱型波纹钢屋盖结构在声学隔音性能方面表现出一定的优势。
其承重构件由钢材组成，具有较高的质量密度，使得其在隔音性能方面表现较好。
此外，波纹的形状和布置方式还可以减少噪音的传播。
然而，在实际应用中，拱型波纹钢屋盖结构的声学隔音性能仍存在一定局限性。
例如，声波会通过连接点和开口处的空隙传递，导致隔音效果下降。
因此，为了进一步提高声学隔音性能，需进行合理的设计和优化。
三、提高拱型波纹钢屋盖结构的声学性能的方法1. 声学隔音材料的应用：在拱型波纹钢屋盖结构内部或连接点处使用高吸声材料，如吸声棉、隔音胶带等，可以有效地吸收声波能量，阻止其传播，提高隔音效果。
2. 波纹的优化设计：通过优化拱型波纹的形状、间距和高度等参数，可以减少声波传播时的反射和散射，提高声音的吸收效果。
3. 合理的连接设计：在拱型波纹钢屋盖结构的连接点处采用密封设计，减少孔隙和空气泄漏，阻止声音的传递。
4. 外部保护层的增加：在拱型波纹钢屋盖结构外部增加一层保护层，如隔音墙或隔音板，可隔离噪音的源头，降低外界噪音的入侵。
拱形波纹钢屋盖验算
拱形波纹钢屋盖验算
拱形波纹钢屋盖的验算一般可以考虑以下几个方面：
1. 常用的设计标准：根据所在地区的设计规范，确定使用的标准。
常见的设计规范包括国家标准、建筑行业标准等。
2. 结构计算：对于拱形波纹钢屋盖，需要进行结构计算，包括对屋面覆盖物、钢结构支撑系统等进行分析和设计。
计算需要考虑屋盖受力情况、荷载计算、结构稳定性等参数，确保结构的强度和稳定性。
3. 材料选择：根据结构计算结果，选择合适的材料，如波纹钢板、钢管等。
不同材料有不同的强度和稳定性，需根据实际情况进行选择。
4. 拱形结构设计：对于拱形波纹钢屋盖的设计，需要考虑拱形结构的几何形状、支撑方式、节点连接等。
根据设计准则和结构计算结果，确定合适的拱形结构设计参数。
5. 施工实践：在设计过程中，需要与实际施工进行有效沟通，确保设计方案能够顺利实施。
对于大型拱形波纹钢屋盖，还需要考虑施工工艺、安全措施等。
需要注意的是，拱形波纹钢屋盖的验算需要由专业的结构设计师进行，以确保屋盖的安全性和稳定性。
这仅仅是一个概述，具体的验算细节还需要根据具体情况和设计要求进行详细分析和计算。
拱型波纹钢屋盖结构的节能设计与优化
拱型波纹钢屋盖结构的节能设计与优化随着建筑行业对节能环保的要求不断提高，拱型波纹钢屋盖结构因其独特的形态和优良的性能逐渐成为一种受欢迎的选择。
本文旨在探讨拱型波纹钢屋盖结构的节能设计与优化方案，以进一步提高建筑的能源效益和环境可持续性。
一、波纹钢材料选择与性能优化拱型波纹钢屋盖结构的性能与所选波纹钢材料密切相关。
在进行材料选择时，应优先考虑材料的强度、刚度、重量和耐腐蚀性等因素。
现代钢材中多种合金钢和高强度钢具有较高的强度和刚度，同时重量相对较轻，在抗震和抗风能力方面表现出色。
此外，采用防腐涂料或进行镀锌处理可有效延长波纹钢的使用寿命，降低维护成本。
优化波纹钢的形态设计也是节能设计的关键步骤之一。
通常，波纹钢屋盖的形状和大小应针对特定的场地条件进行设计，以最大程度地减少材料的使用和减轻荷载。
利用现代计算机辅助设计软件，可以对波纹钢进行形态优化，以获得最佳的结构性能和节能效果。
二、保温隔热材料的应用在拱型波纹钢屋盖结构中，保温隔热材料的应用是节能设计的重要组成部分。
通过选择适当的保温隔热材料，可以降低室内外温度差，减少空调和采暖设备的能源消耗。
常见的保温隔热材料包括聚苯乙烯泡沫板、岩棉、玻璃棉等。
这些材料具有良好的隔热性能和抗火性能，可以有效减少热传导和热辐射损失。
在进行保温隔热材料的选择时，应综合考虑材料的导热系数、重量、耐久性和环保性能。
三、天窗与光伏发电的结合利用为了进一步提高拱型波纹钢屋盖结构的节能效果，可以考虑结合天窗和光伏发电技术的利用。
天窗的设置可以增加建筑内部的自然采光，减少对人工照明的依赖。
合理的天窗设计可以利用太阳能进行室内照明，降低能源消耗。
此外，天窗也可以通过通风，改善室内的空气流通，减少冷暖气的使用。
光伏发电技术通过利用太阳能将其转化为电能，为建筑提供可再生的电力资源。
在拱型波纹钢屋盖结构中，可以将光伏电池板安装在屋面上，利用屋面的大面积来捕捉太阳能。
这不仅可以为建筑自身供电，还可以将多余的电能输送到电网中，实现能源的共享和环境的可持续发展。
拱型波纹钢屋盖结构的可持续性能评估
拱型波纹钢屋盖结构的可持续性能评估随着可持续发展理念的普及和重视度的提高，建筑行业对于建筑材料和结构的可持续性能要求也越来越高。
拱型波纹钢屋盖结构作为一种新型的建筑结构形式，在可持续性能评估方面具有诸多优势和潜力。
本文将对拱型波纹钢屋盖结构的可持续性能进行评估，从环境、经济和社会三个方面对其可持续性进行深入探讨。
首先，从环境角度来看，拱型波纹钢屋盖结构具有以下优势。
首先，它采用钢材作为主要构件，相比传统的混凝土构造，其材料的节能和减排效果更明显。
波纹钢屋盖结构能够有效降低建筑物的总重量，减少基础所需的材料量和能耗。
其次，拱型波纹钢屋盖结构可以使用再生钢材制作，在资源利用方面具有一定的环保意义。
此外，由于钢材的可塑性和延展性，波纹钢屋盖结构容易进行拆迁和回收利用，降低了建筑垃圾的产生和处理压力。
其次，从经济角度来看，拱型波纹钢屋盖结构也具有一定的可持续性能。
建造成本是评估建筑结构可持续性的一个重要指标，而拱型波纹钢屋盖结构相对传统建筑结构而言，更加经济高效。
因为钢材的加工和安装相对简单，施工周期更短，能够大大缩短工期和降低人力成本。
与此同时，由于波纹钢屋盖结构的轻质特性，还可以减少建筑物的基础投资，从而降低整体建筑成本。
此外，考虑到波纹钢屋盖结构易于维护和更换的特点，其使用寿命相对较长，降低了维修和更新的费用。
最后，从社会角度来看，拱型波纹钢屋盖结构对于建筑物的可持续性能评估也具有一定的社会价值。
拱型波纹钢屋盖结构不仅可以满足建筑物稳定性和承重要求，还能够提供更多的空间设计灵活性。
拱形结构赋予建筑物更高的层高，使得内部空间更加宽敞明亮，提高了人们的舒适感和使用体验。
此外，波纹钢屋盖结构的建造过程较为简便，不需要大量的劳动力资源，有助于提高施工质量，并且减轻了施工工地对于周边环境和居民的干扰。
综上所述，拱型波纹钢屋盖结构在可持续性能评估方面具备诸多优势。
从环境角度来看，其采用的钢材节能减排效果显著，并且具备一定的抗震性能。
基于拱型波纹钢屋盖结构的风洞试验研究
基于拱型波纹钢屋盖结构的风洞试验研究拱型波纹钢屋盖结构是一种应用广泛的建筑结构形式，具有较高的抗风能力和耐久性。
为了进一步验证其风振性能，风洞试验是必不可少的。
本文将从拱型波纹钢屋盖结构的设计原理、风洞试验的步骤和结果分析等方面展开介绍，旨在深入探究该结构的抗风能力。
首先，拱型波纹钢屋盖结构的设计原理是基于弯曲刚度和拱形效应的共同作用。
该结构采用波纹钢板作为屋盖覆盖材料，通过将钢板折弯成波浪状来提高弯曲刚度。
此外，拱形设计可以有效地将荷载沿拱形分布，进一步增加结构的稳定性和承载能力。
为了验证拱型波纹钢屋盖结构的风振性能，我们进行了风洞试验。
风洞试验是通过在实验室环境中模拟大气风场，以观察和分析建筑结构在风载作用下的振动反应和应力分布。
以下是该实验的步骤和方法：首先，我们根据实际工程中的设计参数和标准，对拱型波纹钢屋盖结构进行模型制作。
模型尺寸应该缩小，以符合风洞试验的要求，并尽可能保持与实际结构的相似性。
材料选择应与实际工程一致。
其次，将制作好的模型放置在风洞中，风洞根据需要的风场参数进行调整。
在试验中，我们可以通过改变风速、风向和风场时间变化等因素，模拟不同的风载条件。
然后，我们通过传感器和数据采集系统来监测模型在风洞试验过程中的振动和应力情况。
通过这些数据，我们可以分析结构的动态响应特性，如位移、加速度和应力等。
最后，通过对试验数据的处理和分析，我们可以得到拱型波纹钢屋盖结构在不同风载条件下的振动特性和应力分布。
这些结果可以用来评估结构的安全性和稳定性，为实际工程中的设计和施工提供参考。
基于以上步骤和方法，我们进行了拱型波纹钢屋盖结构的风洞试验，并获得了以下结果和分析：首先，通过观察模型在风洞试验中的振动情况，我们发现拱型波纹钢屋盖结构具有较好的抗风能力。
结构在风场作用下发生的振动幅值较小，且振动频率较低，表明该结构对风载具有良好的响应能力。
其次，通过分析试验数据，我们发现拱型波纹钢屋盖结构在风洞试验中的应力分布比较均匀。
多跨拱形屋面体形系数
多跨拱形屋面体形系数一、关于多跨拱形屋面体形系数的一些知识多跨拱形屋面体形系数呀，这可是个挺有趣的东西呢。
咱先来说说它是啥吧。
这个体形系数其实就是在建筑领域里，和多跨拱形屋面的形状、大小、结构等有关的一个系数。
它就像是一个小密码一样，对我们了解这个屋面的很多性能有着重要的意义。
从它的计算来说，那可就复杂啦。
它涉及到屋面的弧度呀，跨度的大小，还有不同部分之间的比例关系等好多因素。
比如说，一个大跨度的多跨拱形屋面，它的体形系数计算就可能和小跨度的有很大区别。
因为大跨度的屋面在承受风力、雪载等外力的时候，和小跨度的表现不一样。
就像是大人和小孩承受压力的能力不同一样。
再讲讲它在实际建筑中的影响。
这个体形系数要是没算好或者没考虑好，那可就麻烦大了。
比如在设计防风措施的时候，如果体形系数算错了，那可能设计出来的防风结构就不够牢固。
就好比给房子穿衣服，要是不知道身体的尺寸（体形系数），那衣服要么太大要么太小，都不合适。
还有哦，不同的建筑材料对这个体形系数也有影响呢。
如果是轻质的新型材料，可能和传统的砖瓦材料在与体形系数的关系上就有很大不同。
轻质材料可能对一些外界因素更敏感，那么在考虑体形系数的时候就要更加小心细致。
在建筑的美观方面，体形系数也起着作用。
多跨拱形屋面如果有着合适的体形系数，那它看起来就很和谐、美观。
就像一个身材比例很好的人，看起来就很舒服。
而如果体形系数不合适，可能屋面看起来就会有些奇怪，不那么协调。
而且呀，随着现代建筑技术的发展，我们对多跨拱形屋面体形系数的研究也在不断深入。
以前可能只能用一些比较粗糙的方法来估算，现在有了先进的计算机模拟技术，可以更精准地计算和分析这个体形系数。
这就好比以前我们只能靠感觉来判断一个东西的好坏，现在可以用精确的仪器来测量一样。
反正就是说，多跨拱形屋面体形系数是一个在建筑领域非常重要的概念，它涉及到建筑的安全性、美观性、功能性等好多方面，值得我们好好去研究和重视。
拱型波纹屋盖在风荷载作用下稳定性研究
第 ６期
嘉应 学院 学报 （ 然科学） 自
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计 、 究 和应 用提供 了一 定 的参 考 和 借 鉴 。 研
［ 关键词 】 拱型波纹屋 盖； 风荷载； 几何非线性 ； 稳定性 ［ 中图分类号］ Ｕ １ ． ［ Ｔ ３ ２ １ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号］１０ ６２ （ ０８ ０ ０ ６ ０ ６— ４ Ｘ ２ ０ ）６— ｏ４—０ ４
１ 几 何 非线 性 有 限元 分 析基 本 理 论
结构 的稳定 性是指结 构平衡 状态 的稳定性 。 当结构 所受荷载达 到某 一值 时 ， 增 加一 微 小 的增 若 量， 则结 构的平 衡位形将 发生很 大 的改 变 ， 这种 情况就称 为结构失稳 或屈 曲 ， 相应 的荷 载 为屈 曲荷 载 或临界荷 载 。一般 来说 ， 构失稳 后 的承 载力有 时 会增 加 ， 时会 减 少 ， 与 荷 载类 型 、 结 有 这 结构 几何 特征等 因素有关 。结构 的稳 定性 特征可 以从结构 荷载一 一 位移全过 程 曲线 得到完 整 的概 念 ， 而实现 结构荷 载一 一位 移全过 程分析 的最有利 工具则 是结构几何 非线性 有限元法 。 几何 非线性 有限元 法是 进 行 结构 非线 性 分 析 的有 效 方法 ， 涉及 几 何 非 线 性 问题 的有 限元 法 在 中 ， 常采用 增量 分析 法 。它基 本 上 可 以采 用 两 种 不 同 的表 达列 式 ， 完 全 拉格 朗 日法 （ ｏ ｌＬ— 通 即 Ｔｔ ａ ａ ｇａｇ ｔｏ ， 称 Ｔ Ｌ法 ） ｒｎｅＭｅ ｄ简 ｈ ． ． 和修正 的拉格 朗 Ｅ法 （ ｐａ ｄＬｇａｇ ｔ ｄ 简称 Ｕ Ｌ 法 。 ｔ Ｕ ｄｔ ａｒｎｅＭｅ ｏ ， ｅ ｈ ． ． Ｊ
敞开式拱屋面风荷载体型系数
敞开式拱屋面风荷载体型系数敞开式拱屋面是一种常见的建筑结构形式，其特点是没有完全封闭的围护结构，通常由拱形结构和屋面组成。
而风荷载体型系数则是用来描述风力对建筑物作用的影响程度的重要参数。
本文将从以下几个方面来详细介绍敞开式拱屋面风荷载体型系数。
首先，需要了解的是风荷载。
风荷载是指风力对建筑物表面产生的作用力，它是由风的动能通过气流传递给建筑物表面的。
风荷载对建筑物的影响是多方面的，例如会对建筑物产生弯曲、剪切、压力等力的作用，因此合理计算风荷载是设计安全的关键。
对于敞开式拱屋面结构，由于其拱形结构的特殊性，风荷载分布较为复杂，无法简单地根据建筑物表面的风压系数来计算。
因此，需要引入风荷载体型系数来描述风力对敞开式拱屋面的影响。
接下来，我们将介绍敞开式拱屋面风荷载体型系数的计算方法。
风荷载体型系数可以根据实际情况采用实验、经验公式或数值模拟等方法进行计算。
其中，最常用的方法为风洞试验。
风洞试验是通过在风洞中模拟真实的风场环境，对敞开式拱屋面进行风荷载试验，从而得到风荷载体型系数。
在风洞试验中，会通过测量建筑物表面的压力分布来计算风荷载体型系数。
通过对多组试验数据进行分析，可以得到不同风向和风速下的风荷载体型系数。
另外，也可以通过经验公式来估算敞开式拱屋面的风荷载体型系数。
根据国内外的研究成果，一些研究者提出了一些经验公式来估算风荷载体型系数。
这些经验公式通常是根据大量的试验数据拟合得到的，可以在设计中提供初步的风荷载参考值。
最后，还可以利用数值模拟方法来计算敞开式拱屋面的风荷载体型系数。
数值模拟方法是通过建立建筑物的数学模型，在计算机上进行计算来得到风荷载体型系数。
数值模拟方法具有计算精度高、适用范围广等优点，可以提供更为准确的风荷载体型系数。
总之，敞开式拱屋面风荷载体型系数的计算是建筑物设计中不可或缺的一部分。
通过合理选择计算方法，并根据实际情况进行计算，可以有效地进行风力设计，保证建筑物的安全性。
某大跨度波浪形屋面体型系数取值研究
某大跨度波浪形屋面体型系数取值研究高亮;崔欣;白桦;刘健新【摘要】In order to ensure wind resistance safety of a long-span roof structure,wind tunnel tests on wind pressure distribution are conducted to analyze the shape coefficient when the inter-nal pressure is changed with or without the wall.The result from the test is compared with the values of the related items in the “load code for the design of building structures”(GB 50009 —2012).Results show that:First,the shape coefficients of wave linear concave roof in addition to the roof top are all negative,they are larger than the standard values of the similar kinds of roof-ing,and the roof overhangs and the leeward roof area are the most obvious;second,wave linear concave roof shape coefficient decays fast,but the slower attenuation of the leeward roof area and the velocity decay is connected with the length of each curve segment,the curvature and its secant slope;third,the side walls at the main entrance with the concave distribution have a larger nega-tive pressure coefficient than that with the conventional rectangular distribution,fourth,the roof pressure significantly decreases after open hole at the front wall,with side wall pressure decrea-sing,and the influence of open wall on the negative coefficient is great,and that on the positive coefficient is small;finally,tests results not only provide the reliable guidance for wind-resistant design,but also offer several amendments to the shape coefficient.%针对异形大跨屋盖结构的风荷载难取值问题，结合西安某项实际工程结构，通过刚体模型风压分布特性风洞试验，从分区体型系数和局部体型系数两方面来分析波浪线形下凹曲面屋盖的压力分布特性及其与规范中类似屋面体型系数的差别。
拱形波纹钢屋盖结构的建筑形式
拱形波纹钢屋盖结构的建筑形式一、引言拱形波纹钢屋盖结构是一种常用于建筑的屋顶结构形式。
它具有优异的性能和美观的外观，广泛应用于各类建筑物中。
本文将对拱形波纹钢屋盖结构的建筑形式进行全面、详细、完整地探讨。
二、拱形波纹钢屋盖结构的特点拱形波纹钢屋盖结构具有以下几个主要特点：1. 强度高拱形波纹钢屋盖结构采用波纹形状的钢板，可以增加其刚度和稳定性。
这使得它具有优异的抗风、抗震等性能，能够有效地承受外部荷载的作用。
2. 重量轻由于采用了波纹形状的设计，拱形波纹钢屋盖结构具有轻盈的特点。
相比传统的屋盖结构，它不仅能够减轻建筑本身的重量，还可以降低建筑物的成本。
3. 施工简便拱形波纹钢屋盖结构采用预制构件，可以实现工厂化生产，简化现场施工过程。
这不仅可以提高工程效率，还可以减少施工期间对周边环境的影响。
4. 美观大气拱形波纹钢屋盖结构的形状独特、线条流畅，具有独特的美感。
它可以根据建筑物的风格和要求进行个性化设计，使建筑物更加美观大气。
三、拱形波纹钢屋盖结构的应用范围拱形波纹钢屋盖结构广泛应用于各类建筑物中，其中包括但不限于以下几个领域：1. 工业建筑拱形波纹钢屋盖结构适用于各类工业建筑，如工厂、仓库、车间等。
它可以有效地提供宽敞的空间，满足工业生产过程中的各种需求。
2. 农业建筑拱形波纹钢屋盖结构在农业建筑中也有广泛的应用。
它可以用于搭建农业温室、养殖棚、粮仓等，为农业生产提供良好的环境条件。
3. 商业建筑拱形波纹钢屋盖结构可以应用于各类商业建筑，如超市、商场、展览馆等。
它不仅能够满足商业空间的需求，还能为商业建筑增添独特的设计元素。
4. 体育建筑拱形波纹钢屋盖结构还用于体育建筑领域。
例如，体育馆、游泳馆等建筑可以采用拱形波纹钢屋盖结构，为运动员和观众提供良好的体验。
四、拱形波纹钢屋盖结构的设计与施工拱形波纹钢屋盖结构的设计与施工过程需要严格按照相关规范和标准进行。
主要包括以下几个方面：1. 结构设计拱形波纹钢屋盖结构的设计需要考虑到各种外部荷载、风荷载等因素。
开敞式拱形轻质屋盖风载体型系数研究
关键词 ：轻 质拱 形屋 盖 ；开敞 式 ；风 载体 型 系数 ；标 准 ｋ— 湍 流模 型 ；数值 模拟 中图分 类号 ：Ｔ ３ ２ １ Ｕ １ ． 文 献标识 码 ：Ｂ 文 章编 号 ：１ ７ — ９ ９ ２ １ ） １ ）ｌ － ６ １ ０ ５ （ ０ ２ ０ ４１ ｌ ） （ ４
质屋盖 风载 体型 系数进 行 了数值模 拟 与分析 。通过 与 文献 结果 对比发 现 ，数值 计 算结果 和风 洞试
验 吻合 较好 ，说 明该 方法 的适 用性 。研 究发 现 ：不 同风 向角对 开敞式拱 形屋 盖上 下表 面风压极 值
的分布 有较 大影 响 ，并且屋 盖 总体 型 系数 会 随 着风 向 角增 大而减 小。 因此 ，结构抗 风设 计 ，应 结
ｓｒ ｃｕｒ ｎｄ ｒ ｓｓａ ｃｅ ｄ ｓｇｎ ｓ ｏ ｄ ｂ ｐ ｉ ｉｅ ｔ ｈ ｃｕａ ｎ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ ｔｕ ｔ ｅ ｗｉ ｅ ｉｔｎ ｅ ｉ ｈ ｕ］ ｅ ｏ ｔｍ ｚ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ａ ｔ ｌｗｉｄ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ．
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拱型波纹屋盖结构风致振动数值模拟研究
拱型波纹屋盖结构风致振动数值模拟研究张德生;李远瑛【摘要】为研究拱型波纹屋盖结构在脉动风作用下的风振响应及位移风振系数,利用MATLAB语言编制波纹拱在不同跨度、矢跨比及支座约束情况下的风速数值模拟程序,得到各节点位置处风压时程,并将风压施加在有限元分析模型的单元上,利用ANSYS有限元分析软件对18 m、30 m跨波纹拱进行水平及竖向平均风、脉动风作用下的风振响应分析,得到了结构的风振系数.计算结果得出,结构在脉动风作用下位移的变形特点与相应平均风作用相一致,结构在脉动风作用下的各节点竖向位移大于在平均风作用下的位移,且水平脉动风作用下的竖向位移大于在竖向脉动风作用下的位移.风振系数随着结构的跨度增大而增大,支座约束为固支波纹拱的风振系数小于铰支波纹拱,因此提高结构刚度可以降低结构的风振系数.【期刊名称】《湘潭大学自然科学学报》【年(卷),期】2014(036)003【总页数】6页(P41-46)【关键词】拱型波纹屋盖结构;风致振动;位移风振系数;ANSYS【作者】张德生;李远瑛【作者单位】嘉应学院土木工程学院,广东梅州514015;嘉应学院土木工程学院,广东梅州514015【正文语种】中文【中图分类】TU323.3拱型波纹屋盖是一种典型的冷弯薄壁轻钢结构，具有自重轻，室内空间大，造型优美，施工周期短，防水性能好，集受力、维护功能于一身等诸多优点[1]，已在工程实际中得到广泛的应用，如体育场馆、展览馆及储存仓库等.但由于拱型波纹钢屋盖跨度大、自重轻，在脉动风作用下容易引起结构振动，动力响应不能忽视，且已发生有该屋盖在强风作用下结构倒塌的工程事故，因此有必要研究结构在脉动风作用下的动力响应.W666型拱型波纹屋盖是武汉钢铁(集团)公司开发的金属拱型波纹屋顶[2,3]，并在工程中得到了广泛应用.本文以W666型金属拱形波纹屋盖为研究对象，跨度为18 m、30 m，支座约束形式为固支和铰支，在不同矢跨比(0.15、0.25、0.3)条件下，利用MATLAB语言编制结构风荷载数值模拟程序，得到结构脉动风压分布，利用ANSYS有限元分析软件研究结构在脉动风作用下的动力响应及风振系数，为该结构设计、施工及同类型大跨轻型屋盖的风致振动提供参考和借鉴.1 风荷载计算1.1 风速数值模拟本文基于谐波叠加法的基本原理，结合快速傅立叶变换[4]，进行了拱型波纹屋盖各点脉动风速数值模拟,具体做法见文献[5].为研究不同跨度、不同矢跨比、不同支座形式对波纹拱风振的影响，研究对象见表1.考虑空间各点的相关性，18 m跨度波纹拱沿拱轴线等距离选取为13点，30 m跨度波纹拱为21点.波纹拱矢跨比为0.25时风速时程各点位置见图1.表1 波纹拱研究对象Tab.1 research object of arch corrugated roof序号跨度/m支座形式板厚/mm矢跨比序号跨度/m支座形式板厚/mm矢跨比118固支1.00.15718铰支1.00.15218固支1.00.25818铰支1.00.25318固支1.00.30918铰支1.00.30430固支1.20.151030铰支1.20.15530固支1.20.251130铰支1.20.25630固支1.20.301230铰支1.20.30风速谱按方向分为水平阵风功率谱、竖向阵风功率谱和横向阵风功率谱.拱型波纹屋盖跨度大，结构竖向刚度小，在风荷载作用下需要考虑水平向和竖向脉动风作用.文中风速数值模拟水平向采用Davenporot谱，垂直向采用Panofsky等研究并提出的脉动风速谱.基本风压w0=0.5 kN/m2，由公式w0=v2/1 600计算10 m高度处的平均风速为28.23 m/s.地面粗糙度为C类，地面粗糙度系数K=0.004 6，地面粗糙度指数α=0.22，截取频率区间0～1 Hz，频率取样点数N=16 000，时间间隔取0.1 s，模拟时间100 s.1.2 风荷载计算波纹拱进行风荷载计算时，总风速分解为平均风速和与之相对应的零均值脉动风速v(t).平均风速分为水平方向平均风速和竖直方向平均风速同理，脉动风速分为水平方向脉动风速vH(t)和竖直方向脉动风速vV(t).风压W与风速V符合Bernoulli方程，写成矢量形式：则各风压分量的标量形式为：水平平均风压：(1)水平脉动风压：(2)竖向平均风压：(3)竖向脉动风压：(4)结构风载体型系数μs一般通过荷载规范查取或通过风洞试验得到相应数据，本文研究对象的水平方向风载体型系数μsH按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中封闭式拱型屋面，根据结构的矢跨比插值计算，见表2.竖向风的风载体型系数μsV近似取1[6].风载体型系数在波纹拱结构上的分布见图2.表2 风荷载体型系数Tab.2 The shape coefficient of wind load矢跨比f/l体型系数μsH0.15-0.40.250.10.300.22 风振响应分析2.1 有限元模型的建立波纹拱计算采用[3]的模型.波纹拱的腹板、下翼缘分别简化为同样形状大小、厚度相等的正交各向异性平曲板.上翼缘的波纹数较少,按正交各向同性板计算,各弹性常数采用[2]的实验数据.有限元模型采用[7].图3为跨度18 m( 矢跨比为0. 25) 、板厚为1.0 mm、支座为固支的W666拱型波纹屋盖计算单元有限元模型，本文分析对象见表1.2.2 阻尼计算根据随机振动理论[8，9]，波纹拱风振的有限元动力方程可表示为：为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，{P(t)}为作用在结构上的随机风荷载向量.为结构单元节点的位移、速度和加速度向量.本文阻尼计算采用Rayleigh阻尼，表示为：[C]=α[M]+β[K],式中为质量阻尼系数，为刚度阻尼系数.ωi、ωj为结构第i,j模态的圆频率，ζi、ζj为结构第i,j模态的临界阻尼，一般取0.02.为计算结构的阻尼系数，本文利用ANSYS模态分析中的分块法(Block Lanczos)对所有研究对象进行模态分析，计算了结构前50阶自振频率和振型.表3为跨度18 m，矢跨比为0.25，边界条件为固支与铰支波纹拱的圆频率及Rayleigh阻尼系数.表3 波纹拱的圆频率及Rayleigh阻尼系数Tab.3 The circular frequency and Rayleigh damping coefficient of arch corrugated roof固支铰支频率/Hzf1f2f1f22.339 24.548 61.361 13.235 2圆频率/rad·s-1ω1ω2ω1ω214.690 228.565 28.547 720.317 1α0.388 00.240 7β0.000 9250.001 3862.3 波纹拱风振响应将MATLAB数值模拟得到的拱型波纹屋盖各点风速时程利用公式(1)～(4)分别转化为相对应的风压时程，再利用ANSYS中APDL语言编程将各风荷载加载到波纹拱有限元单元上，利用瞬态分析中的完全法(Full)对结构各工况进行脉动风荷载时程分析.计算分为1 000个荷载步，每步0.1 s，共100 s，得到结构动力响应.图4给出节点在水平平均风和脉动风作用下的位移响应.图5给出节点在竖向平均风和脉动风作用下的位移响应.图6给出矢跨比为0.25波纹拱各节点在平均风和脉动风作用下的位移响应的比较.图4(a)、4(c)、5(a)、5(c)为波纹拱在不同工况条件下在水平平均风和竖向平均风作用下非线性分析得到的各节点位移.结构在水平风作用下迎风面产生Z负方向位移，跨度18 m在3、4节点处竖向位移较大，跨度30 m在4、5、6节点位移较大.在背方面产生向上的拱起变形.跨度18 m在8、9节点，跨度30 m在13、14、15节点处产生较大的竖向位移.结构在水平平均风作用下的位移明显大于在竖向风作用下的位移.结构在竖向平均风作用下，由于本身自重影响，中部各节点产生向下的位移，两端部节点位移向上.结构的位移随着跨度的增加而增大；结构在相同跨度、相同支座约束条件下，随着矢跨比的增加，竖向位移也相应增大；结构在相同跨度、矢跨比时，支座约束强度较强波纹拱的竖向位移小.图4(b)、4(d)、图5(b)、5(d)、图6(a)、6(b)为波纹拱在不同工况条件下在水平脉动风和竖向脉动风作用下瞬态时程分析得到的各节点位移响应均方根值及比较.数据结果表明，结构在脉动风作用下位移的变形特点与平均风作用相一致.结构在脉动风作用下的各节点竖向位移大于平均风作用，且结构在水平脉动风作用下的竖向位移大于竖向脉动风.2.4 波纹拱位移风振系数风振系数为风引起的结构总响应与平均风引起的响应之比[9].风振系数的研究可以通过计算荷载风振系数和位移风振系数来实现.该波纹拱的位移风振系数沿跨度分布比较均匀，因此本文采用位移风振系数作为结构风振响应的指标.位移风振系数采用的计算公式为：β=Uzi/Usi=1+UDi/Usi,Usi为平均风作用引起的竖向静位移，UDi为脉动风作用引起的竖向位移响应，Uzi为风荷载作用引起的结构总响应.由图4、图5可以得到，矢跨比为0.15的波纹拱由于水平平均风作用引起的各节点竖向位移很小，脉动风作用引起的各节点的位移相对水平风作用较大，因此有些节点位移风振系数较其他工况波纹拱偏大.矢跨比为0.25、0.3的波纹拱各节点位移风振系数基本一致.去除因水平平均风作用竖向位移偏小的特殊节点位移，波纹拱风振系数计算见表4.因波纹拱在竖向平均风作用下各节点位移小，而竖向脉动风作用相对竖向平均风较大，因此各节点在竖向脉动风作用下位移风振系数较大，但其位移在总风荷载作用下不起控制作用，本文不再列出其计算结果.表4 位移风振系数Tab.4 The wind vibration coefficient of displacement支座形式跨度/m矢跨比最大值最小值平均值跨中位置处最大竖向位移位置处固支180.152.421.171.791.171.170.252.941.191.741.241.290.33.291.171.791.251.27铰支180.156.921.222.881.221.220.252.521.341.821.41.40.34.141.331.861.421.51固支300.153.81.652.811.651.850.254.81.32.211.421.540.33.461.272.341.561.57铰支300.157.941.793.691.791.910.253.651.592.242.141.840.33.741.572.322.091.9 93 结论(1)由图4(a)、(c)，图5(a)、(c)可以得出，结构在水平风作用下迎风面产生Z负方向位移，在跨度1/4处附近节点位移较大.在背方面产生向上的拱起变形.跨度3/4处附近节点处产生较大的竖向位移.结构在水平平均风作用下的位移明显大于在竖向风作用下的位移.结构在竖向平均风作用下，由于本身自重影响，中部各节点产生向下的位移，两端部节点位移向上.(2)由图4(b)、(d)，图5(b)、(d)可以得出，结构在脉动风作用下位移的变形特点与平均风作用相一致.结构在脉动风作用下的各节点竖向位移大于平均风作用，且结构在水平脉动风作用下的竖向位移大于竖向脉动风.(3)结构在风荷载作用下的位移随着跨度的增加而增大；结构在相同跨度、相同支座约束条件下，随着矢跨比的增加，竖向位移也相应增大；结构在相同跨度、矢跨比时，支座约束强度较强波纹拱的竖向位移小.因此在设计、施工过程中优先选择支座约束强、矢跨比相对较小的波纹拱.(4)矢跨比为0.15的波纹拱由于水平平均风作用引起的各节点竖向位移很小，而脉动风作用引起的各节点的位移相对水平风作用较大，因此矢跨比为0.15的波纹拱竖向位移受脉动风影响相对较大.(5)由表4可以得出，矢跨比为0.25、0.3的波纹拱各节点位移风振系数基本一致.去除因水平平均风作用产生竖向位移特别小造成位移风振系数大的位置外，矢跨比为0.25、支座为固支18 m的跨波纹拱位移风振系数最大值为2.94，最小值为1.19，平均值为1.74.30 m跨波纹拱位移风振系数最大值为4.80，最小值为1.30，平均值为2.21.因波纹拱在竖向平均风作用下各节点位移小，而竖向脉动风作用相对竖向平均风较大，各节点在竖向脉动风作用下位移风振系数较大，但其位移与水平平均风荷相比要小，因此竖向位移风振系数不起控制作用.(6)通过对不同工况条件下位移风振系数的比较可以得出，在支座约束强度、矢跨比相同的条件下，结构的跨度越大位移风振系数越大.在跨度、矢跨比相同条件下，支座约束为固支波纹拱的风振系数小于铰支波纹拱，因此提高结构刚度可以降低结构的风振系数.参考文献[1] 刘锡良.一种新型空间钢结构——银河金属拱型波纹屋顶[J].建筑结构学报,1996,17(4):72-75.[2] 王小平，蒋沧如，胡春宇，等.18M跨W666金属拱型波纹屋顶试验中的测试技术[J].测试技术学报，1998,12(3)：283-287.[3] 王小平, 蒋沧如,李桂青. 金属拱型波纹屋面计算模型的简化[J]. 钢结构,1999(4):8-10.[4] 孙振.建筑结构风荷载的计算机模拟与分析[D].南京：南京航空航天大学，2007：41-45.[5] 张德生.拱型波纹屋盖风荷载数值模拟研究[J].嘉应学院学报,2013(8):44-50.[6] 张相庭.工程抗风设计计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998：176.[7] 张德生，李远瑛.拱型波纹屋盖在风与雪作用下的有限元分析[J].武汉理工大学学报，2005,27(8):56-59.[8] 星古胜著，常宝琦译. 随机振动分析[M].北京：地震出版社，1977：108-122.[9] 庄表中，王行新. 随机振动概论[M].北京：地震出版社，1982：246-264.[10] 周颖.双层网壳屋盖的风振响应和风振系数研究[D].天津：天津大学，2004：32-34.。
拱型波纹钢屋盖结构的多功能设计与应用
拱型波纹钢屋盖结构的多功能设计与应用摘要：拱型波纹钢屋盖结构作为现代建筑领域中一种常见的建筑结构形式，具有结构坚固、抗震性能好、施工简单等优点。
本文通过对拱型波纹钢屋盖结构的多功能设计与应用进行研究，探讨了在不同场景下的适用性和实用性，并提出了一些优化设计方案，以期能够更好地满足建筑物的设计需求。
1. 引言随着建筑技术的不断发展，人们对建筑物的要求也越来越高，既要追求美观与实用性，又要考虑结构的坚固与耐久性。
拱型波纹钢屋盖结构作为一种结构简单、施工方便、适用性广泛的设计形式，被广泛应用于不同领域的建筑结构中。
本文将重点探讨拱型波纹钢屋盖结构的多功能设计与应用。
2. 拱型波纹钢屋盖结构的优点拱型波纹钢屋盖结构以其独特的形态和结构优势而备受青睐。
首先，拱型结构能够均匀受力，具有较好的抗震能力，能够增加建筑物的稳定性。
其次，波纹钢材质轻便但却具有较高的强度，能够有效降低整体结构的重量，减轻压力，降低使用成本。
此外，拱型波纹钢屋盖结构的施工相对简单，能够快速完成，进一步降低了建设成本。
3. 拱型波纹钢屋盖结构在商业建筑中的应用拱型波纹钢屋盖结构在商业建筑中具有广泛的应用前景。
首先，在商业建筑中，拱型结构可以提供大跨度的无柱空间，使得空间更加通透，适合于商业场所的布局。
其次，波纹钢材质的轻盈特性使得商业建筑的屋面更加坚固耐用，能够承载更多的人流和设备。
此外，商业建筑往往需要充足的自然采光和通风，拱型波纹钢屋盖结构能够提供更大的开敞空间，使得自然光线和空气流通更加顺畅。
4. 拱型波纹钢屋盖结构在体育场馆中的应用体育场馆作为承载大型体育赛事的场地，需要具备较大的跨度和稳定的结构。
拱型波纹钢屋盖结构正是因其跨度大、结构牢固的特点而被大量应用于体育场馆的设计中。
拱型结构能够提供最大限度的观众视野，使得观众在任何位置都能够享受到良好的观赛体验。
同时，拱型波纹钢屋盖结构的施工便捷性也确保了体育场馆的快速建设和修改，以应对不同赛事和活动的需求。
金属拱形波纹屋盖四种截面形式的对比分析
金属拱形波纹屋盖四种截面形式的对比分析栗桂军【摘要】金属拱形波纹屋盖有U型、V型、高U型和宽V型四种常用截面,本文以足尺模型试验数据为依据,结合工程实例,对该结构形式的分析理论计算公式进行了修正,并对中国国内出现的四种常用的截面形式从承载能力和经济指标两个方面进行了比较和分析.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2011(029)001【总页数】3页(P25-27)【关键词】金属拱形波纹屋盖;通用截面;承载能力;经济指标【作者】栗桂军【作者单位】张家口市第一建筑工程有限公司,河北,张家口,075000【正文语种】中文【中图分类】TU30 引言金属拱形波纹屋盖最早起源于美国.20世纪40年代，国际上一些建筑师和结构工程师们为了寻找新的结构形式，从自然界植物表皮的纹理中得到启发，用极薄的材料通过波纹加劲发明了一种新的结构形式.1955年，美国首先将这种结构应用于军事，后来转向民用.该结构自20世纪90年代初期传入我国，因其用钢量小、造价低廉、施工速度快，具有良好的经济效益和应用前景.很多生产厂家和高等院校、科研单位投入了大量的人力、财力和物力，参考国际先进经验，结合我国的实际情况，对此结构进行了慎密的研究和开发.然而，这种新型结构形式由于波纹的存在，受力性能比较复杂，我国至今尚未形成一个统一的计算模型、计算公式和分析方法.本文以足尺模型试验数据为依据，对该结构形式的分析理论计算公式进行了修正，并对中国国内出现的四种常用的截面形式从承载能力和经济指标两个方面进行了比较和分析.1 金属拱形波纹屋盖的截面形式和材料1.1 金属拱形波纹屋盖的截面形式金属拱形波纹屋盖采用定型化机组批量生产，截面形式和尺寸一般是确定的.其截面形式有多种.但从目前市场上比较通行的截面而言，基本上有U形和V形两种，各生产厂家产品形式和尺寸基本一致，差异较小；后来有的厂家为了取得良好的承载力或经济指标，对于这两种截面形式进行了改进.改进的方法无非是加高了U形截面的肋高，借以提高截面的承载能力，增大屋盖的使用跨度；或拉宽了V形截面的底板，增加了覆盖面积，降低用钢成本，以取得良好的经济效益.如图1和表1.图11.2 金属拱形波纹屋盖的材料表1 国内常用板型屋盖截面的几何参数单位（mm4）注：t为钢板厚度板型 U形加高U形 V形加宽V形Ix9.83×105t 2.80×106t 3.17×106t 1.81×106tIy1.125×107t 2.70×107t 3.266×107t 3.42×107t Iy／Ix 11.441 9.643 10.317 18.895金属拱形波纹屋盖所采用的钢板材料，根据作者对国内市场的调研结果，各生产厂家所选用的钢板几乎都是上海宝山钢铁厂生产的TSTE28和TSTE34热镀锌彩色钢板，材质比较稳定可靠.因为金属拱形波纹屋盖的承载能力是由其整体稳定性所控制，高强度钢板并不能充分发挥强度优势，这种屋盖结构形式宜采用价格和强度都较为适中的TSTE28热镀锌彩色钢板.2 金属拱形波纹屋盖两种常用截面形式的比较2.1 承载能力比较影响金属拱形波纹屋盖承载能力的因素主要有：板型、钢板材料、跨度、矢跨比和钢板厚度等.根据有关文献金属拱形波纹屋盖的承载能力主要由其受载后的整体稳定性所决定.对于特定的金属拱形波纹屋盖工程来说，当其板型和板材确定后，影响结构承载力的主要因素就只有跨度L、矢跨比ξ和钢板厚度t了，因此，这三者也就理所当然地成为金属拱形波纹屋盖工程设计的主要参数.在同等条件下（即相同的跨度L、矢跨比ξ和钢板厚度t），从图1和表1我们可以看出，对于单条屋盖板来说，由于V形截面的尺寸和截面惯性矩比U形要大得多，因而单板承载能力V形要大于U形.但从工程上来说，由于单条屋盖板所覆盖的宽度不同，V形610mm是U形305mm的两倍，单位屋盖面积的承载能力则相差不大，一般情形下，V形反而略低于U形.加高U形比U形的截面惯性矩增加比较多，单条屋盖板的覆盖宽度为U形的1.5倍，用钢量增加不多，但承载能力有所增加，适用跨度可以适当加大.加宽V形由于高度降低，截面惯性矩减小，加上单条板的覆盖宽度加大了，虽然用钢量减小了，经济指标较好，但承载力降低较多，所以只能适用较小跨度.然而，这两种截面形式却有着各自独到的特点和使用范围.由于截面形式的不同，在机械加工成型时也有其不同的条件限制.通常情况下，U形截面的局部稳定性较好，结构整体稳定性偏差，该截面形式更适宜于板厚较薄、跨度不大的工程条件；V性截面的局部偏差，结构的整体稳定性较好，在钢板厚度的逐步增大的过程中，其局部稳定性将得到改善，因此，V形截面适用于厚板条件.因此，对此两种板型的适用跨度和钢板厚度的规定为：V形截面适用跨度L＝15～36m，钢板厚度t＝0.6～1.5mm；U形截面的适用宽度L＝6～24m，钢板厚度t ＝0.6～1.2mm.2.2 经济指标比较表2 相同钢板厚度条件下四种截面承载能力的比较板型钢板厚度mm 用钢量kg ／m2 全跨承载力kN／m2 半跨承载力kN／m2 U形截面1.0 17.06 705.5 313.6 1.1 18.77 980.8 458.0 1.2 20.48 1316.3 635.8 1.3 22.18 1718.6 850.5 1.4 23.89 2195.0 1106.2 1.5 25.60 2753.7 1407.2加高U形截面1.0 17.06 705.5 313.6 1.1 18.77 980.8 458.0 1.2 20.48 1316.3 635.8 1.3 22.18 1718.6 850.5 1.4 23.89 2195.0 1106.2 1.5 25.60 2753.7 1407.2 V 形截面1.0 12.78 1378.8 704.8 1.1 14.06 1870.0 970.5 1.2 15.34 2465.9 1294.7 1.3 16.62 3178.9 1682.4 1.4 17.90 4022.5 2142.9 1.5 19.18 5012.3 2684.2加宽V形截面1.0 10.83 894.6 445.9 1.1 11.93 1219.9 620.8 1.2 13.00 1615.6 834.7 1.3 14.08 2090.3 1092.2 1.4 15.16 2653.8 1398.7 1.5 16.25 3317.2 1760.5V形截面宽度为610mm，加宽V形截面宽度为700mm，都采用宽度915mm 钢板带轧制；U形截面宽度305mm，采用宽度610mm钢板带轧制；加高U形截面宽度455mm，采用宽度915mm钢板带轧制.显然与用钢量直接关联的经济指标，V形截面要优于U形截面，虽然在同等工程条件下，V形截面的承载能力稍差.但在相同用钢量条件下，V形截面的钢板厚度可为U形截面的4／3倍，结构的承载能力由于钢板厚度的增加而增大.2.3 实例分析我们不妨以U形、V形都适宜的工程跨度为例在承载能力和经济指标方面作一下具体的比较，详见表2.取跨度L＝20.0m、矢跨比ξ＝1／5.3 结论和建议综上所述，我们可以得出如下结论，并对今后的金属拱形波纹屋盖作出下列建议：（1）金属拱形波纹屋盖U形和V形、以及加高U形和加宽V形，这四种截面形式各自有着独到的特点和适用范围，彼此间没有完全取代和被取代的优势和可能，具体截面形式的选用要根据工程的具体工况、工艺要求和使用功能确定.（2）金属拱形波纹屋盖钢板厚度要根据工程要求和实际承担的荷载组合经过计算确定，不可以生搬硬套其他工程的数据资料.（3）金属拱形波纹屋盖的矢跨比范围理论上为ξ＝1／6～1／3，实际工程中较为适宜的ξ＝1／5～1／4.如果没有条件限制，最佳的矢跨比为ξ＝1／5，因为按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2001之规定，此时风荷载体型系数在迎风面为零.（4）金属拱形波纹屋盖工程拱脚连线以上的山墙应当封闭，因工艺或其他要确实不能封闭的，应在屋盖工程的两端采取加固措施.。
敞开式拱屋面风荷载体型系数
敞开式拱屋面风荷载体型系数
敞开式拱屋面的风荷载体型系数是用于计算拱屋面在风荷载作用下的风力效应的参数。
具体的敞开式拱屋面风荷载体型系数取决于拱屋面结构的几何形状、开启面积以及周围环境条件等因素。
以下是一些常用的敞开式拱屋面风荷载体型系数的参考值：
1. 国际标准：ISO 4354:2009 "Wind actions on structures"中提供了一些基于几种不同类型敞开式拱屋面的风荷载体型系数。
2. ASCE 7：美国土木工程师学会（ASCE）发布的ASCE 7 "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures"标准中也提供了一些敞开式拱屋面的风荷载体型系数。
需要注意的是，准确的敞开式拱屋面风荷载体型系数应基于具体设计规范和风洞试验结果确定，以确保结构的设计安全性和稳定性。
因此，在进行实际工程设计时，建议咨询专业工程师或参考适用的国家、地区或行业的建筑规范，以获取准确的风荷载体型系数。
此外，风荷载计算还需要考虑其他因素，如地理位置、高度、地形等。
因此，在进行敞开式拱屋面的风荷载计算时，建议综合考虑所有相关因素并遵循适用的标准。
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开敞式拱形波纹屋盖体型系数研究开敞式拱形波纹钢屋盖的风压分布及体型系数研究贾永新 , 张勇（北京交通大学土木建筑工程学院，北京 100044）摘要：利用CFD数值模拟技术，结合实际工程对建筑和结构各个方面的要求和限定，首先对开敞式拱形波纹钢屋盖下部支承结构的柱高和柱距两因素进行了变参数分析，从中可确认这两个参数对屋盖结构的风压分布影响不大。
然后选定影响屋盖风压分布的三个主要参数：跨度、矢跨比和纵跨比，进行了三参数三水平正交试验分析。
从大量的计算结果中分析整理，得出此类结构上风压的分布规律，即风压在上表面分布比较均匀，具体表现为在迎风面为压力，在拱顶处和背风面为吸力，风压等值线在四周边缘出现集中；而在下表面两端由于旋涡脱落出现两个负压区，整体上表现为正压力。
进一步了明确对此类结构风压分布影响显著的参数为矢跨比。
最后参照我国现行《建筑结构荷载规范》【1】的形式，给出了开敞式拱形波纹钢屋盖结构的风荷载体型系数，供设计施工人员参考使用。
关键词：拱型波纹钢屋盖结构；开敞式；正交分析；风压分布；体型系数中图分类号：TU399 文献标识码：AStudy on wind pressure distribution and the shape coefficient ofopen-style arched corrugated steel roofJIA Yongxin, ZHANG Yong（School of Civil Engineering and Architecture，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）Abstract: Considering all the engineering aspects of architecture and structure requirements and restrictions, firstly, two variable parameters of lower supporting part of open-style arched corrugated steel roof --column height and column spacing were analyzed by using the CFD numerical simulation technique. It is confirmed that the two parameters have little effect on the distribution of the roof's wind pressure; then select three other parameters ( span, rise-to-span ratio and length-to-span ratio) and adopt orthogonal test of three factors and three levels for the study; at last, analyzed and sorted the data, obtain the wind pressure distribution. The pressure distribution is uniform on the upper surface, the concrete expression as following: pressure in the windward, suction on the tope and at the back of the roof. Wind pressure contour appears concentrated around the edges; however, at the end of the lower surface appears two negative pressure zones due to the vortex shedding .But, from the global aspect, the lower surface shows as positive pressure; further study pointed out that rise-to-span ratio has significant effect on the wind pressure图1 开敞式拱形波纹钢屋盖模型Fig.1 The model of open-style arched corrugated steel roofdistribution; finally, reference to the China's current "Building Structural Load Code", gives the shape coefficient of such structure and provide a reference for the designer and construction stuff.Keywords ：arched corrugated steel roof; open-type; orthogonal analysis; wind 0 引言 拱形波纹钢屋盖是一种冷弯薄壁轻钢结构，具有自重轻、刚度小、自振频率低等特点，加之这类结构多处于大气边界层中风速变化大、湍流度高的区域，因此对风荷载十分敏感。
于2004年颁布实施的《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》【2】在总则中明确规定，该规程仅适用于封闭式建筑的拱形波纹钢屋盖结构的设计，而对于目前工程中常见的下部支承结构不封闭的开敞式结构（图1），规程并没有给出具体的设计技术方法，究其根本原因在于现行《建筑结构荷载规范》没有给出这种屋盖结构的风荷载体型系数。
一些风致破坏的工程事故表明，开敞式拱形波纹钢盖对风荷载更为敏感，因此明确这种屋盖结构的风压分布规律，对其进行抗风研究具有非常紧迫的现实意义。
本文利用CFD 数值模拟技术对这类屋盖进行了较为系统的参数分析，从中得出其风压分布规律及体型系数，为这种结构进一步的抗风性能研究奠定了基础。
1 研究方法作者简介：贾永新（1985—），男，山西晋中人，北京交通大学在读硕士, E-mail ：Jyx198554@收稿日期：20010年3月1.1 模拟方法随着计算机硬件水平的飞速发展和计算流体动力学(CFD)技术的不断进步【3】，应用计算机及CFD 技术对建筑风场进行数值模拟已成为预测建筑物风效应的一种新的有效方法。
相比风洞试验，这种技术以较少的费用和较短的时间获得大量有价值的研究结果。
因此，将CFD 与工程研究相结合，不仅有助于完善工程设计，而且能减少实验工作量。
本文采用CFD 数值模拟方法对开敞式拱形波纹钢屋盖结构进行了单参数及多参数正交试验数值风洞模拟分析。
1.2 基本理论参照文【4】，基于Reynolds 时均N-S 方程和k-ε模型对结构的平均风压分布进行了数值模拟，采用有限体积法和SIMPLE 压力校正算法来实现非线性离散化方程的解耦和迭代求解。
近地面风可假设为低速、不可压缩、粘性的牛顿流体。
流场可通过流体的三个基本方程，即连续性方程、运动方程和本构方程来求得流体的速度和压力。
对于风场的模拟可采用不同的湍流模型，它们各有特点。
本文采用基于湍动能k 和湍流动能耗散率ε的湍流模型。
控制方程组为： 湍流动能方程：()t j t j jj v x x x κρκμκμρεσ⎛⎫∂∂∂=+Φ- ⎪⎪∂∂∂⎭⎝（1） 湍流动能耗散率方程：()212t j t j jj v C C x x x k k εεερεμεεεμρσ⎛⎫∂∂∂=+Φ- ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭ （2） 雷诺应力的再分配项为：i kik i kx x x νννμ⎛⎫∂∂∂Φ=+ ⎪∂∂∂⎝⎭ （3） 其中，1C ε，2C ε，κσ，t μ是经验系数，入口边界处的湍动能()k z 和湍动涡量的平方平均值)(z ω运用下列公式计算：2)(23)(I u z k = 1214()k z c Lμω= （4）其中，09.0=μc湍流强度I 和湍流积分尺度L 采用日本规范给定的公式【5】：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤<=----5,)5(1.03505,)(1.0)(05.005.0z z z z z z I G G αα0.5100(),30350()30100,30z z L z z ⎧<≤⎪=⎨⎪≤⎩（5） 式中：350G z =m ，16.0=α结构表面某点i 的平均风载压力体型系数si μ为：20.5i si zp p U μρ∞-=（6） 式中：i p 为i 点时间平均压力；0p 和z U ∞分别为来流的静压和参考高度z 处的风速；ρ为空气密度。
1.3 边界条件开敞式拱形波纹钢屋盖结构的下部支承结构四面开敞，其风压系数分布只考虑模型上部的拱形钢屋盖部分。
采用B 类地貌，相应的粗糙度系数16.0=α，查阅GB 50009-2001《建筑结构荷载规范》可知，在我国内陆50年一遇的基本风压不大于0.5 2m /kN 的地区占74．66％左右，因此取相应的基本风速0v =30.0m/s ，对于实际工程具有较大实用意义。
参照文献【6】的结论，采用RNG κ-ε模型来模拟这一典型钝体结构绕流的复杂流动特性，数值计算的模型尺寸、来流边界条件等具体参数设置见表1。
表1 基本数值模型参数设置Table 1 setting parameters of basic numerical model计算域 计算域尺度为15 H( x) × 10 H( y) × 8 H( z)来流边界条件 来流为剪切流，入口处风速采用指数律α)/()(00z z v z v =计算域侧面和 上顶面边界条件 自由滑移的光滑固壁,采用壁面函数模拟近壁面流动出口边界条件 流场任意物理量ψ沿出口法向梯度为零，即0nψ∂=∂ 地面边界条件 无滑移的粗糙壁面，引入粗糙壁面修正系数 建筑物表面 无滑移光滑固壁,采用壁面函数模拟近壁面流动壁面函数 非平衡壁面函数 计算收敛标准所有变量无量纲平均残差降低至410以下，最大残差降低至310以下注：来流边界条件一栏中，0z 、0v 分别为标准高度和标准高度处的平均风速，z 、)(z v 分别是流域中任意高度和对应的平均风速，0z 取10m ，z 自计算流域底部算起。
2 风压分布规律对开敞式拱形波纹钢屋盖模型的数值模拟研究发现，在横向风向作用下，其风压分布具有相同的规律。