大跨屋盖围护结构的风致效应与数值模拟

风场在大跨度屋盖表面形成特征湍流，导致屋盖边、角、脊等部位的风压表现出非平稳非高斯特性，这是大跨屋盖围护结构风致破坏的主要原因。本课题将建立大跨屋盖表面风压场的统计模型，提出围护结构设计风荷载的确定方法。采用大涡模拟方法再现围护结构的风致破坏过程以及局部结构破坏引起的连续性破坏，研究围护结构连续性破坏过程中风荷载场的瞬时变化，认识和理解连续性破坏的原因。本课题将采用理论分析、风洞实验、数值模拟相结合的研究方法，揭示大跨屋盖围护结构的风致破坏机理，为屋盖围护结构的抗风设计提供理论依据。

屋盖、墙面的边、角、脊等位置的非高斯风压极值是引起围护构件风致损毁的主要原因。本研究基于风洞试验和理论分析等方法对围护结构的风荷载极值概率分布进行了多个方面的研究，并在以下几方面取得了创新性成果：1）改进了Hermite矩模型。提出了采用偏斜系数、峰态系数表示的Hermite矩模型的单调变换区间；研究了Hermite矩模型的系统误差，提出了Hermite矩模型的迭代计算格式，提高了Hermite矩模型的变换精度。2）建立了单样本非高斯风压极值的概率分布表达式。利用Hermite矩模型变换关系，建立了非高斯风压时程的概率密度计算公式、风压极值的概率密度计算表达式以及不同极值发生概率的风压极值计算公式。3）建立了多次采样风压极值的概率分布表达式。基于多次采样均值、均方根、偏斜系数、峰态系数之间的相关关系和Hermite矩模型的变换关系，建立了多次采样风压极值的概率密度解析表达式。4）采用RANS湍流模型模拟了大尺度结构的围护结构风荷载，研究了围护结构破坏过程中平均风压的变化规律。