空间结构风工程

第1章 概论 1

1.1 空间结构风毁的案例 1

1.2 风振理论研究 3

1.3 我国的空间结构风工程研究 7

第2章 结构风工程基础知识 11

2.1 结构动力学基础知识 11

2.1.1 结构振动方程 11

2.1.2 结构动力特性 11

2.1.3 结构的强迫振动 12

2.2 随机振动基础知识 14

2.2.1 随机变量 14

2.2.2 随机变量的数值特性 17

2.2.3 随机过程 18

2.2.4 线性单自由度系统的随机响应 27

2.3 流体力学基本知识 28

2.3.1 常用的无量纲参数 28

2.3.2 理想流体与黏性流体 30

2.3.3 可压流体与不可压流体 30

2.3.4 定常与非定常流动 30

2.3.5 拉格朗日描述法与欧拉描述法 30

2.3.6 边界层 31

2.3.7 层流与湍流 32

2.3.8 流体力学基本方程 32

第3章 结构风的基本特性 35

3.1 自然风 35

3.1.1 概述 35

3.1.2 自然风强度分级 37

3.2 风轴坐标描述 39

3.3 基本风速 40

3.4 近地风特性 45

3.4.1 大气边界层气流 45

3.4.2 平均风特性 46

3.4.3 脉动风特性 49

3.5 风速与风压的关系 54

3.6 结构上的风荷载 55

3.6.1 结构上的平均风荷载 55

3.6.2 结构上的脉动风荷载 57

第4章 风荷载模拟 60

4.1 谐波合成法 60

4.2 线性滤波方法 62

4.3 算例分析 64

第5章 空间结构顺风向风振响应分析方法 70

5.1 概述 70

5.2 风振响应分析时域法 71

5.3 随机振动离散分析法 73

5.4 风振响应分析频域法 78

5.5 模态补偿的频域分析法 79

5.5.1 基本假定 80

5.5.2 模态对系统结构应变能的贡献及模态补偿 81

5.5.3 背景响应计算 83

5.6 空间结构顺风向风振系数 84

5.6.1 风振系数的定义 85

5.6.2 几种简单形态空间结构的风振系数 85

5.6.3 关于风振系数的几点说明 88

5.7 阵风系数 89

5.8 算例分析 91

第6章 空间结构横风向风振 112

6.1 涡激振动 112

6.1.1 涡振基本机理 112

6.1.2 涡激力模型 114

6.2 空间结构旋涡脱落共振响应分析计算 116

6.3 斯托罗哈数的选取 119

6.4 涡激振动时程分析算例介绍 121

6.5 横风向驰振 122

6.6 空间结构驰振失稳临界风速判别准则 124

6.7 临界风速判别式的验证 129

6.8 横风向效应与顺风向效应的组合 131

6.9 驰振临界风速算例分析 131

第7章 空间结构的计算流体力学分析方法 137

7.1 概述 137

7.2 CFD的求解过程 139

7.3 流体控制方程（纳维—斯托克方程）及其数值模拟方法 140

7.4 雷诺平均纳维—斯托克方程及湍流物理模型 144

7.4.1 雷诺平均N-S方程 145

7.4.2 雷诺平均法的湍流模型 146

7.5 大涡模拟、分离涡模拟及其湍流模型 154

7.6 基于SIMPLE算法的流场数值计算 156

7.6.1 流场非线性方程计算的SIMPLE算法 157

7.6.2 离散方程组的基本解法 157

7.7 流固耦合 159

7.7.1 运动学和动力学条件 159

7.7.2 耦合系统中的有限元方程 160

7.7.3 迭代法求解双向耦合 160

7.7.4 直接法计算双向耦合 161

7.8 钝体绕流数值模拟的建议 162

7.9 算例分析 165

第8章 风洞试验技术 176

8.1 边界层风洞 176

8.1.1 边界层风洞的构造与特点 177

8.1.2 风洞试验的主要仪器设备 180

8.2 相似性理论 183

8.3 建筑模型风洞试验 188

8.3.1 大气边界层的模拟 188

8.3.2 建筑模型风洞试验的类型与用途 192

8.3.3 建筑模型表面压力测试 193

8.3.4 同步压力测试法 194

8.3.5 气动弹性模型风效应试验 195

8.4 大跨屋盖刚性模型风压实验实例介绍 195

8.5 空间结构气弹模型风洞试验实例介绍 201

附录A 全国各城市的风压值 205

附录B 风荷载体型系数 231