开洞高层建筑风压特性数值模拟研究

基于fluent6.3数值模拟软件,系统研究了4种湍流度、4种积分尺度、5个风向角、4种长宽比、8种开洞位置等条件下,洞口设置对于平均风压的影响。分析发现:洞口使迎风面和背风面洞口附近的测点风压有所减小,而远离洞口的左右测点风压却有所增加;较小的湍流度和积分尺度流场中的模型受开洞影响更大;宽长比越大的模型受影响测点越多,且影响幅度略有增加;洞口使建筑物整体静风荷载减小的主要原因是洞口的存在使受风面积减小所致。     

局部开洞对高层建筑风荷载特性的研究

通过运用计算流体动力学软件ＦＬＵＥＮＴ对有局部开洞的高层建筑风荷载特性进行了风洞 实验和数值模拟研究,得到了不同风向角下洞口周边风压系数风布以及风环境变化．本次风洞试验 主要在大气边界层风洞中进行,主要对模型进行了测压试验．数值模拟采用ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ　ｋ－ε湍流模 型,使用ＳＩＭＰＬＥＣ算法分析了４种工况下贯穿开洞周围风压系数和周围风环境特性．研究结果表 明：风压系数在洞口一侧增大,另一侧减小,影响区域的大小接近洞口尺寸．当风向角与建筑呈４５° 时,洞口内风速达到最大值,可以看出在高层建筑上安置风力发电机能够有效利用风能．     

上部吸气控制下超高层建筑的平均风荷载特性研究

为减小超高层建筑的风荷载,改善结构的抗风性能,设计了一套吸气控制系统,完成了上部吸气控制下超高层建筑刚性模型的测压风洞试验,研究了不同风向角下吸气控制的几何参数和流量参数对模型的平均风荷载特性的影响规律。结果表明:吸气控制对吸气孔高度范围内的平均风压系数和层阻力系数的折减要显著大于非吸气控制段的风荷载折减;吸气流量系数CQ越大,吸气控制段的风荷载折减越显著,当CQ绝对值从0.004 57增大到0.017 4时,模型上部8~10层(吸气孔高度范围内)的层阻力系数最大折减值由0.094增大到0.231;在不同来流风向角下,吸气控制效果差异较大。因此,为实现吸气减阻,应根据建筑所在地的主导风向角确定最佳开孔方案。     

低矮房屋墙面风压分布特性风洞试验研究

通过风洞试验对村镇地区常见的带有硬山搁檩的低矮房屋外墙面风压规律进行研究.讨论了房屋在完全封闭、门窗洞口打开的情况下,风对建筑风荷载的影响及平均风压系数分布规律,由此对比开洞与否对墙体的影响.结果表明,开洞后对房屋正立面和背立面的平均风压系数有明显影响,而对左立面和右立面基本无影响.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载大涡模拟

采用大涡模拟方法,研究非稳态雷暴风作用下低矮建筑的风荷载特征,分析下击暴流的不同发展阶段中建筑物所在的径向位置、屋面坡度和风向角等参数对建筑风荷载的影响. 结果表明：下击暴流各发展阶段风荷载效应差异显著,当气流冲击地面后形成的首个环形涡掠过建筑时,建筑表面风荷载最大;当建筑物处于不同径向位置时,环涡经过建筑物形成的瞬态风压与同样位置处稳态射流作用下的风压差异较大;屋面坡度对迎风面风压系数分布影响较小,但对迎风侧屋面风压系数分布的影响非常显著,随着屋面坡度的增大,迎风屋面风压系数由负值逐渐变为正值;建筑物迎风前沿角部区域的风压系数受风向角的影响较为明显,在所测试的工况中,风向角为45°时影响最为显著.     

弧形内凹大跨屋盖结构风荷载特性的风洞试验与数值模拟

对弧形内凹大跨钢屋盖航站楼结构的风荷载特性进行了风洞试验研究,得到屋盖平均和脉动风压系数,结构分区体型系数.理论分析采用基于Reynolds时均的RNG k-ε湍流模型,通过FLUENT软件对结构在部分风向角下的三维定常风场进行了数值模拟,分别从风压系数分布、分区体型系数变化和风速矢量图等方面进行详细研究,并与风洞试验结果对比分析.结果表明:风洞试验和数值模拟结果吻合良好,两者可相互验证.屋盖结构均承受风吸力作用,气流在迎风区域分离后形成的漩涡作用将使局部产生较大的负压区.屋盖上挑檐进行开洞处理,以及在挑檐下部设置导流板,可以有效减小其所受风荷载作用.     

超高层建筑横风向风振局部气动外形优化

为了研究局部气动措施对方截面超高层建筑横风向风振的控制效果,开展大量的多自由度气弹模型风洞实验,测量模型在多种切角率、圆角率、粗糙条及开洞方式下的横风向风致位移响应,对横风向位移进行对比分析.结果表明:当切角率大于5%或圆角率大于15%时,横风向风致位移响应显著降低,位移均方根随折算风速的变化曲线接近直线而不再呈倒"V"字形,说明涡激共振发生的可能性得到了有效抑制;切角率或圆角率越大,横风向位移响应的减小幅度越显著;特定粗糙条的设置可以使涡振响应幅值降低20%以上;通风洞不论是垂直于来流还是平行来流,都会使涡振响应幅值减小,且洞口在中上部时的效果最佳.整体来看,局部气动外形控制措施具有显著的抗风优化效果.     

开洞网架结构的稳定性分析

以弹性支座下的开有矩形洞口的双层正放四角锥网架结构为研究对象,利用SAP2000对开洞网架和不开洞网架分别进行了线性屈曲和非线性屈曲分析,获得了开洞网架结构的屈曲荷载、极限荷载及塑性铰发展过程,并分析了不同开洞大小和位置对网架结构整体稳定性的影响。分析结果表明：洞口大小与位置对网架的稳定性影响不可忽略,开洞网架结构较不开洞网架的稳定性承载力显著减小,必须限制洞口的长宽比以减小对稳定性的不利影响;开洞网架与不开洞网架结构屈服机制不同,未开洞网架的屈服一般从中央上弦杆开始而开洞网架结构塑性铰则首先出现在洞口四角处的腹杆上;在洞边增加拉压杆对提高网架结构的稳定性效果并不明显,需采取加大杆件截面尺寸等加强措施以避免洞口处杆件过早屈服。     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，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分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

圆柱形建筑双幕墙结构的内部风效应

对圆柱形建筑双幕墙进行了多参数对比风洞试验,研究了圆弧双幕墙结构风致平均内压的空间分布特性,阐述了廊道内平均风压的分布机理,给出了风致平均内压的理论估算方法,并与试验结果进行对比,吻合较好.研究表明:圆弧型双幕墙在背风向时,廊道内的平均风压非常均匀,其风致平均内压的分布受外幕墙开孔率、廊道间距和来流风速的影响很小;而在迎风向和侧风向时,廊道内的平均风压分布不均匀,其风致平均内压的分布随开孔率和来流风速的增大、廊道间距的减小变得越来越不均匀.     

在建厂房的风荷载分布及其风致倒塌机理

结合广东番禺某一厂房在施工过程中四面墙体均被阵风吹倒的事故，采用数值风洞方法，模拟了该厂房在实际施工状态下墙体所受的风荷载并剖析事故原因.进一步研究了单面墙体门窗开启对建筑物所受风荷载的影响.提出了施工过程抗风设计的风荷载取值及相应的施工技术措施.计算结果表明，该建筑物由于屋盖尚未施工，处于局部敞开状态，墙体内、外两侧均受到风的作用.无屋盖房屋的墙体内侧负压较大，迎风墙面实际所受的净风压体型系数远大于设计时按照规范的取值.在施工过程中建筑物所受风荷载的特殊性是导致该在建厂房倒塌的主要原因之一.     

典型体型高层建筑双层幕墙风压分布试验

为了明确高层建筑双层通风幕墙的风荷载取值以及与单层幕墙的差异,分别对具有弧形和L形廊道式双幕墙的圆柱形和矩形高层建筑进行风洞试验研究,通过对内外层幕墙平均风压、脉动风压随位置及风向角的分布,以及各测点全风向角下最大正、负风压的对比分析,结果表明:廊道内任意处,外幕墙内侧和内幕墙外侧承受的风压基本一致;在整体结构抗风计算时,风荷载可按相同体型单幕墙建筑的风载取值;双幕墙内幕墙的风载可按单幕墙下的进行取值,并将偏于安全.外幕墙的风载,对圆弧的中段或L形的长边,可按单幕墙的适当折减;对圆弧的端部或L形的拐角及短边,需要进行放大.     

高层建筑边角凹凸对体型系数分布的影响

通过风洞试验,研究多边形截面高层建筑边角凹凸对风载体型系数分布的影响.探讨不同边角凹凸的正方形及八角形等7种典型多边形截面的平均风压体型系数和极值风压体型系数的分布特征,并与规范十字形截面和CAARC标模进行比较;分析各种截面的风压敏感点位置,提出抗风最有利的截面形式.研究发现,0°风向角下迎风直角切角的体型系数与规范十字形有很大差异;十字形,深、浅锯齿,带凹槽的浅锯齿正方形截面的来流分离点不一致,凹槽可以缓和切角处的气流分离,使切角和中间区域的体型系数趋于一致;比较这4种截面形式,认为带凹槽的浅锯齿正方形截面为最优截面,浅锯齿正方形截面为最不利截面.     

重庆英利大厦表面风荷载研究

针对高耸建筑物风荷载分布特征的复杂性,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了试验研究.用本文提出的试验数据处理方法对该试验结果进行分析、计算,得到了该建筑物的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确保该建筑物在100年重现期风速下的安全性和稳定性.     

复杂体型高层建筑单体和双塔时的风荷载

通过风洞试验来确定复杂体型或有干扰时高层建筑的风荷载，为了使试验结果直接为结构设
计软件所用，将风压沿截面进行积分求出沿柱网方向的合力，然后反算为沿柱网方向的整体体型系数。通
过分析某D形高层建筑的风荷载，发现风压沿高度变化不大，整体体型系数沿高度递减；分析弧面体型的
影响，发现基于矩形截面的整体体型系数取值不一定适用于复杂体型。双塔时高层建筑的风压分布更加复
杂，整体体型系数的最大值比单体时大，必须考虑附近建筑物的气动干扰。     

数值模拟风荷载下低矮房屋屋架结构应力响应

为进一步指导建筑物结构防风设计的进行,将计算机数值模拟、风洞试验和工程算法有效地结合起来,运用大型有限元分析软件ANSYS 11.0对房屋结构进行有限元建模,将风洞试验各测点得到的风压值施加在有限元模型上,得到不同风向角下房屋结构对风荷载的应力响应,并重点对主承力屋架结构进行了工程强度校核。分析结果证明这种研究方法对房屋结构设计具有更直接的指导意义。     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

典型超高层建筑横风向气动力谱的构成分析

通过风洞试验得到典型超高层建筑的横风向脉动风荷载分布,将横风向脉动风荷载作用分解为横向紊流及旋涡脱落2种作用机理的共同作用,分析了横风向气动力谱的构成成分,并将分析结果与高频动态测力天平的结果进行了对比研究．结果表明:横向紊流对横风向气动力谱的贡献较小,而旋涡脱落激励对总横风向气动力谱的贡献较大;在不同风场中这些贡献量会发生改变．根据同步测压试验分解横风向气动力谱的方法可以清楚地解释超高层建筑横风向气动力谱的构成成分．     

塔桅结构三维定常风场风洞试验及数值模拟

利用风洞试验对杭州湾跨海工程海中平台及观光塔模型在各种风向角下的风压分布情况进行了测试,研究了观光塔结构在不同方向风荷载作用下风压的变化情况。采用FLUENT6软件平台,选用标准κ-ε和Realizableκ-ε2种湍流模型计算了大气边界层中杭州湾跨海工程海中平台与观光塔的定常风流场,并将数值计算结果与风洞试验结果进行了比较。结果表明：基于FLUENT6的标准κ-ε和Realizable κ-ε模型均能给出工程设计要求的精度;但对建筑物的不同位置,2种模型反映的精度有所区别。该研究可为精确计算风荷载提供依据,对工程设计有较好的参考价值。