球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。     

高层建筑风荷载特性数值模拟研究

为研究某超高层双塔结构风荷载特性,采用数值模拟技术对建筑周围流场、建筑表面风压分布以及风荷载体形系数进行了详细研究。结果表明,在建筑角部流场风速加速效应明显,双塔结构角部存在较大的负风压,层风荷载体型系数受风向角影响较大,被遮挡的塔楼整体层风荷载体型系数较小。数值模拟可以给出建筑风荷载及附近流场特征,为建筑结构设计提出合理建议。     

贵阳奥体中心主体育场罩篷风洞试验及风荷载体型系数研究

贵阳奥体中心主体育场由东、西两个呈牛角造型的罩篷构成,采用了预应力平面桁架斜交网格结构体系,最大悬挑49m。对其刚性模型进行了风洞试验,给出了平均风压系数、平均风荷载体型系数及风压分布规律并与规范计算值进行了比较,详细讨论了风向角对风压系数和体型系数的影响。结果表明:在大多数风向角下,西罩篷的风荷载要比东罩篷的大,罩篷立面迎风面都是正压,在所有风向角下罩篷上、下表面基本都是负压,负压分布的局部最大值通常出现的迎风罩篷上表面的前缘和下风向罩篷上表面的后缘部分。建议对于有上、下表面围护结构的建筑应分别按内、外风荷载体型系数设计。     

流线型单脊膜结构表面风压特性数值模拟分析

风荷载是大跨度空间结构及膜结构设计的控制荷载。以流线型单脊膜结构的实际工程为例,基于Reynolds时均方程,选取剪切应力传输湍流模型(SST k-ω模型),采用ANSYS-CFX14.0流体分析软件对膜表面的风压分布进行数值模拟。通过对比分析不同风向角下膜表面风压分布规律、平均风压系数及湍流特征,得出该结构最不利风向角取值范围以及膜表面不同分区平均风压系数、风荷载体型系数值。结果表明:60°～90°为此结构的最不利风向角,在此风向角区间内,膜结构表面的湍流特性复杂多变。迎风面屋檐形成较高的正压,背风面屋脊形成较高的负压,该部位更易遭受破坏;整个背风面形成较大的负压区,在结构中部产生明显的漩涡,主要表现为吸力。     

营口市奥体中心体育场风压分布及风环境的数值模拟研究

基于CFX10.0软件及LINUX大型并行服务器操作平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω,模型对营口市奥体中心体育场屋盖进行了风压分布及风环境的数值模拟,得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数,并分析了屋面的风压、湍动能分布特性,比较了屋盖在各风向角下总升力,得出了最不利风向角和分区风载体型系数,同时给出了双屋盖、仅ROOF1、仅ROOF2等三种计算模型时屋盖表面的风压分布.通过分析可以得到,随着区域位置的变化.体型系数值有很大不同,且其对风向角的敏感程度也不同;位于上游风场的屋盖和下部建筑(看台)的存在对体育场内流场及下游风场屋盖表面风压分布有很大的影响.     

基于CFD方法的大跨度结构体型系数计算

基于CFD方法建立了数值风洞模型,采用标准k-ε湍流模型,数值模拟大跨度结构屋盖风场风压,获取其风载体型系数。首先,采用数值模拟计算落地球面网壳屋盖体型系数,并与文献风洞试验结果进行对比发现吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性。然后,研究了不同风向角下大跨屋盖风载体型系数的分布,分析及其产生的机理。计算结果表明:在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大。结合当地实际风环境对比分析后获得的最不利风压分布,才可应用于实际工程的抗风设计。     

基于CFD方法的大跨度结构体型系数计算

基于CFD方法建立了数值风洞模型,采用标准k-ε湍流模型,数值模拟大跨度结构屋盖风场风压,获取其风载体型系数.首先,采用数值模拟计算落地球面网壳屋盖体型系数,并与文献风洞试验结果进行对比发现吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性.然后,研究了不同风向角下大跨屋盖风载体型系数的分布,分析及其产生的机理.计算结果表明：在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.结合当地实际风环境对比分析后获得的最不利风压分布,才可应用于实际工程的抗风设计.     

椅形超高层结构风压分布数值模拟研究

以拟建的某椅形建筑为例,根据CFD基本原理,运用计算流体力学软件建立了数值风洞模型,得到了结构表面风压系数,在此基础上,分析了不同风向角作用下建筑周边的流场分布特性及结构表面风压系数分布规律,给出了建筑物在最不利风向下的最不利区域的风压系数,为结构抗风设计参数的确定提供依据。     

高层开洞建筑测压风洞试验

通过几何缩尺比为1∶300的刚性模型,对高层开洞建筑进行了测压风洞试验。研究了C类地面粗糙度类别,16个来流风向条件下,两种不同开洞率和三种不同开洞位置以及二个全封闭模型的各表面风压分布特性,并绘制了风向平行于孔洞时模型外表面的风压系数等值线分布图。根据试验结果,对各种模型各个表面的平均风压系数、体型系数进行了计算。通过与数值风洞计算结果的对比及建筑荷载规范的比较,对建筑风荷载体型系数测试和取值方面的一些问题进行了初步的讨论,提出了建议,供进一步研究参考。     

女儿墙对平屋面低矮建筑风荷载特性的影响

对平屋面低矮建筑进行1∶25缩尺刚性模型测压风洞试验,研究了无女儿墙工况和4种不同高度女儿墙的平屋面低矮建筑的风荷载分布规律。无女儿墙的平屋面主要承受风吸力作用,斜风向锥形涡诱导的最不利吸力区域为屋面迎风边缘角部区域,为全风向下最不利区域。女儿墙的存在可明显减小屋面的平均风吸力和极值风吸力,平均风吸力减小幅度可达150%,同时最不利平均风压系数和极小值风压系数的出现位置逐渐远离了屋面角部区域;随着女儿墙高度的增加,极值风吸力进一步减小,极值风压力增大,最大的极大值风压系数出现在尾流区;采取分区的方式给出了不同女儿墙高度的屋面体型系数建议取值。     

无锡蠡湖科技大厦表面风荷载研究

无锡蠡湖科技大厦刚性模型的风洞试验测量了模型表面的平均和脉动风压,给出了不同风向角下各测点的平均风压系数和体型系数。讨论了风场和风向角对平均风压系数和体型系数的影响,以及两个正方形截面塔楼的相互气动干扰影响特点,得到双塔高层建筑中各单塔楼的总体体型系数大于单体建筑的结论。     

圆角化方形截面高层建筑风荷载特性试验

对圆角率为25%的正方形高层建筑刚性模型进行了测压试验,并对其风荷载特性进行了研究;分析了三分力系数和基底力矩系数随风向角的变化规律,给出了阻力系数平均值、根方差值和升力系数根方差值拟合结果;分析了最不利风向角下的风荷载功率谱,并采用经验公式进行拟合;分析了体型系数并与规范中正方形体型系数进行了对比。结果表明:对正方形建筑角部进行圆角化处理能明显降低建筑风荷载,且消除了功率谱曲线谱峰尖而窄的单峰现象,从本质上改变风荷载特性,有利于主体结构的抗风设计;角部区域负压较大,对幕墙抗风设计不利。     

四川稻城亚丁机场航站楼风洞试验研究

四川稻城亚丁机场航站楼造型独特,处于高海拔地区,对风荷载作用较为敏感。现采用1∶100的刚性测压模型进行风洞试验,取得了24个风向角下结构表面测压点的分区体型系数、平均风压系数和位移风振系数,并详细研究了不同风向角下位移风振系数和风荷载分布的变化规律。结果表明:在任意风向角下,结构各区域的平均风压系数大多为负值,风荷载以负压为主;结构的位移风振系数较稳定,只有顶盖中心等区域,平均风压系数和位移风振系数均较大,其等效风荷载较大,需进行受力校核。     

考虑极值风速方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法研究

对于围护结构的设计风荷载（一定重现期的极值风压）,目前工程上普遍采用最不利值方法进行估算,这类方法不符合概率统计意义。只有统筹考虑极值风速和极值风压系数的随机性、方向性及相关性才能给出较为准确的设计风荷载。为此,提出一种全面考虑极值风速和极值风压系数随机性和方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法。首先,提出了极值风压计算所需的三个要素,即各风向的极值风速分布、Cook-Mayne极值风压系数和风向相关性;然后,通过极值风压的概率分布理论分析,给出一个以上述三要素为输入的计算过程简便实用的围护结构风荷载估算公式;最后,以上海地区一栋高层建筑为例,通过与工程上常用最不利值方法相比,验证了本文方法的精确性和实用性。     

波纹状悬挑大跨屋盖的风荷载特性

采用同步测压风洞试验技术,对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究,重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明,波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制,但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数,相对于光滑表面悬挑屋盖,最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%,脉动弯矩系数增加20%,但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大,特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值,波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时,不考虑波纹形状的影响是不安全的。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

平面T形低矮房屋风荷载特性风洞试验与数值分析

对复杂体型的平面T形低矮双坡屋面房屋的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到了屋面风压系数以及各屋面体型系数的变化规律;采用计算流体力学软件FLUENT建立了数值风洞模型,在数值分析结果与风洞试验结果吻合良好的基础上,对影响屋面平均风压系数及体型系数的风攻角、屋面坡角、檐口高度、房屋几何尺寸和屋面形式等参数进行了详细分析。结果表明:屋面坡角和风攻角对屋面风压系数的影响显著;在不同风攻角作用下,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;四坡屋面坡角为30°时屋脊背风区域易形成较大负压,局部更易遭受破坏。     

北京中关村软件广场“光盘”风洞试验研究

北京中关村软件园“光盘”结构造型独特,对风荷载比较敏感,规范没有给出其设计风荷载取值。采用刚性测压模型对单独的“光盘”体及“光盘”与周围建筑的组合体进行了风洞试验,考虑高度换算系数和体型系数,对“光盘”结构的风荷载特性进行了探讨,结果表明,在结构设计中应该充分考虑风荷载的实际分布,应对多种风向角对应的风荷载分别进行整体结构分析。     

大连市贝壳博物馆表面风压分布特性风洞试验研究

为了满足大连市贝壳博物馆的抗风安全需要,进行了刚性模型表面风压分布特性风洞试验研究。详细介绍了试验所采用的主要技术参数与基本的数据处理方法,给出了典型风向角下结构表面风压分布的等值线图和结构典型测点在不同风向角下的风压变化规律;分析了各风向角下绝对值最大的局部体型系数及其出现的位置,并将屋盖的局部体型系数与现行《建筑结构荷载规范》(GB 5009—2001)进行了对比。结果表明:屋面上表面的风荷载主要表现为负压,顶部迎风挑檐边缘较大,屋面的尾流区域较小或为正压。屋面两侧的悬挑部分及主入口处迎风时分布有大面积正压,以靠近拐角部分最大,且这部分屋面对风作用反应敏感,设计时应考虑体型系数的变号情况。