高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究

利用ANSYS - CFX软件对相邻两个高层建筑的风致干扰效应进行数值模拟及结果分析,通过比较发现在风致干扰情况下,由于气流的脉动性显著增加,两个高层建筑的荷载作用较单体建筑情况下明显增大.此外,还进行了动力时程分析,包括结构的等效静力风荷载和位移响应两个方面,结果同样表明干扰效应结构响应比单体模拟结果明显增大,增大最显著的是横风向响应.计算得到建筑物在干扰情况下的风振系数比单体时增大约8％.分析得到了等效的相互干扰增大系数,进一步表明了干扰效应对风荷载的增大作用.     

高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟

高层建筑群体相互间距较近时,将出现风荷载相互干扰的群体效应。通过CFD数值模拟,确定了某高层建筑在群体条件下的风荷载及体型系数,为结构抗风设计提供依据。并讨论了干扰条件下的风荷载与规范建议取值的差异,为相似条件建筑的风荷载取值提供参考。     

高层建筑群体干扰效应数值模拟研究

通过数值模拟研究了某超高层建筑群风荷载特性及相互干扰效应。结果表明:不同风向角对建筑群体周围风场影响较大,在建筑角部及塔楼之间的空隙位置存在显著的加速现象。建筑风荷载及顺风向阻力系数受相邻建筑干扰明显,随着风向角的改变,建筑表面风荷载及整体受力特性都会发生相应变化,在实际设计中,应考虑建筑群体效应对设计风荷载的影响。     

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。     

高层建筑密集区的风环境数值模拟研究

高层建筑密集区的风环境问题日益受到关注,因此在项目建设前期对其周围的风场特性进行研究与评估十分必要。本文通过某高层建筑密集区的CFD数值模拟研究,计算了16个风向角下其周边450m半径范围内的流场特征,分析了其兴建前后该区域的风速比分布特征,并据此分析关键点风速随风向的变化,最后比较了工程建设前后其周围区域的总体风环境水平。     

基于CFD数值模拟的高层建筑风荷载研究

针对某高层建筑,运用计算流体力学方法对其表面及周围风荷载分布情况进行了数值模拟,并监测了迎风面上测点的平均风压,用于得到其风荷载体型系数,并与规范比较,分析了其风压分布规律,可为高层建筑设计提供相关参考。     

雷暴风下高层建筑风场干扰效应

基于k-ε湍流模型,应用CFD技术分别对雷暴风风场下高层建筑单体和双塔对风场产生的干扰效应进行研究,高层建筑模型采用CAARC标准高层建筑模型.首先通过对比雷暴风风场中单体高层建筑位于不同径向位置时,建筑物附近的风场,结果发现建筑附近的风场较为复杂,建筑位于滞留区内部和外部时差异较大.通过分析边界层风场和雷暴风风场下两栋建筑的风场分布,首先验证了狭道风效应的存在.对两种风场下的狭道风效应进行对比,结果显示,边界层风场下的狭道风效应引起的风速增大幅度较大,但是雷暴风风场的影响范围较大,紊流现象更为复杂.     

高层建筑风荷载模拟研究

根据高层建筑的特点,提出了一种有效而实用的顺风向风荷载模拟方法,采用随高度变化的风速谱,考虑风荷载的空间相关性,利用自回归模型模拟高层建筑的脉动风荷载。     

超高层建筑群风荷载干扰效应数值模拟

针对超高层建筑群体的风荷载干扰效应问题,采用计算流体动力学方法,建立了多种典型干扰工况的超高层建筑模型进行风荷载分析,其结果显示出明显的干扰效应,分析结果对于类似工程具有一定的参考意义。     

Numerical simulation of bimodal-distribution featured wind pressure on windward side of high-rise building influenced by interference effects

在上游建筑干扰作用下，受扰高层建筑迎风面部分测点表现出正负压交替出现的现象，对应风压系数概率密度函数呈双峰分布特征。采用大涡模拟技术对上述现象进行数值模拟研究，并将模拟结果与风洞试验结果进行对比分析，以验证其有效性。研究结果表明，上游施扰建筑两侧的尾流脱落旋涡可演变成交替作用于受扰建筑迎风面的涡团，这些涡团与背景来流共同作用，在建筑表面形成正负压交替出现的风荷载。针对风压双峰分布特征，建立风压信号混合分布模型，该混合模型由与正压成分对应的高斯分布模型和与负压成分对应的广义极值分布模型组成，模型中的位置参数、尺度参数和权重都对整体风压分布特征有显著影响。相关研究可用于非高斯风压信号的极值评估及建筑围护结构风致破坏机理的分析。     

高层建筑屋面风压分布的数值模拟

对高层建筑屋面的风压分布进行了分析,模拟了0°和45°两个风向角下屋面平均风压分布,得出了迎风的屋面产生了极大的负风压,其他区域风压相对较小,45°风向角为高层建筑屋面风压的较不利风向角的结论。     

某超高层建筑风洞测压试验

依据某超高层建筑,着重介绍了风洞试验的方法,描述了在考虑有、无环境建筑影响下,该高层建筑一些典型的表面风压特性以及一些测点风压随风向角的变化规律。结果表明:迎风面中上部风压系数较大,接近1.0;底部部分风压系数达到1.0;侧风面和背风面风压系数大多为负值,特别是靠近角落处由于涡旋脱落,其值可达到-2。环境建筑对该高层建筑表面风压的影响较大,特别在建筑中下部。为其进行结构设计提出一些参考。     

平面布局对高层建筑群风压影响的数值研究

基于SSTk-w湍流模型封闭求解N-S方程的RANS方法,模拟了CAARC高层建筑标准模型的风压,在验证数值方法具有较好精度的基础上,模拟计算几种典型平面布局的高层建筑群风压场,通过对各布局建筑物风压分布及风力的比较,获得平面布局对风压分布影响的规律,可为建筑布局规划及抗风设计提供参考和评价依据.     

Aerodynamic interference effects of a proposed taller high‐rise building on wind pressures on existing tall buildings

When a large super high‐rise building taller than the surrounding tall buildings is built in a dense urban area, the aerodynamic interference effects of the surrounding buildings on the proposed building attract much attention, while the interference effects of the taller high‐rise building on the nearby existing buildings are often ignored. Based on a series of wind tunnel tests, the interference effects of a proposed taller high‐rise building, an adjacent equal‐height partner building, and relatively short background buildings on the target building's local wind pressures are analysed in this paper. Two‐dimensional numerical simulation are carried out to further understand the interference mechanism in some cases. The test results show that the influence of a nearby proposed taller high‐rise building may lead to wind‐induced damage on the interfered shorter buildings' envelopes. The envelope structures of other surrounding buildings facing the side of the proposed building need to be given more attention.     

任意排列两方形断面高层建筑风致干扰机理研究

风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验,研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应,通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究,解释了其风致干扰效应的机理。结果表明,任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中,至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力;遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力;漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明,提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。     

开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究

基于一栋立面上有多个开洞的矩形截面超高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,分析了矩形截面超高层建筑在长边立面上不同开洞工况下建筑各表面平均风压系数和最不利风压系数的变化规律。试验结果表明:当建筑长边迎风时,开洞使得背风面洞口附近的平均风压系数绝对值增大,但迎风面上的平均风压系数变化很小;当建筑短边迎风时,开洞对洞口附近的平均风压系数和最不利正风压系数均只有微弱影响,但对其最不利负风压系数却有很大影响,特别是中部开洞,将使其周围的最不利负风压系数增大一倍以上;开洞对短边立面上的最不利风压系数不产生明显的影响。为有结构开洞的高层建筑洞口附近的围护结构设计提供了参考数据。     

设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载研究

对设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,分析扭转体型高层建筑风压和风荷载合力的分布特征,研究装饰结构对主体结构风压分布的影响、装饰结构自身内外表面的风压分布特点,比较有无装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载合力。结果表明：扭转体型对主体结构的局部风压和扭矩产生较大的影响,但对主体结构X向和Y向风荷载合力的影响不大;装饰结构对主体结构迎风面和背风面的风压影响较小,但能明显减小主体结构侧风面风压的平均值和脉动效应,使得主体结构的极值负压得到降低,有利于围护结构的抗风设计;装饰结构上同一位置内外表面的平均风压非常接近,合成的净压值很小;装饰结构对于主体结构的平均风荷载影响较小,但降低了主体结构风荷载的脉动效应,对主体结构的抗风有利。     

不同平移速度龙卷风对高层双坡屋面的作用研究

采用计算流体动力学计算方法,对不同平移速度的龙卷风作用下典型高层双坡屋面的风荷载进行了数值研究.综合滑移网格和动网格的各自优势,利用动网格法和滑移交界面分割技术,实现了等效移动龙卷风场的数值模拟.计算研究表明:龙卷风场作用下,各种坡角(0°、15°、30°和60°)的计算模型的屋面风荷载均为吸力,在距风场中心距离为最大切向风速所对应半径的附近,屋面吸力最大;在等效移动龙卷风场中,由于充分捕捉了龙卷风场作用于计算模型过程中的动态效应,屋面的吸力远大于其在静止龙卷风场中的吸力,30°坡角屋面吸力增幅最大(83.9％),0°坡角屋面吸力增幅最小(74.3％);在距风场中心距离为最大切向风速所对应半径的附近,出现了风压激增区,在此区域屋面的吸力急剧增大,等效移动龙卷风场中此现象更加明显.此外,龙卷风的风致破坏不仅与其风场强度正相关,而且与平移速度也大致呈正相关,计算模型屋面风压随平移速度的增大而增大,但当平移速度超过某限值(约为最大切向风速的25％),计算模型屋面风压略有下降.     

Numerical study on wind pressure characteristics of Chinese yurt building under downburst wind

Inner Mongolia is a high-frequency thunderstorm region in China, and the downburst caused by the thunderstorm weather is a severe threat to buildings. In order to study the influence of downburst on the wind pressure characteristics of the yurt building, the wind field model of the yurt building under downburst is established based on the computational fluid dynamics method, and the effect of the wall treatment method and turbulence model on the numerical simulation of wind pressure of the yurt building under downburst is analyzed. The results demonstrate that the maximum positive pressure at the windward side of the yurt building occurs at 3/4 of the yurt building height under downburst, and the maximum negative pressure at the roof of the yurt building appears at the center of the roof. Compared with the experimental results, the Shear Stress Transport (SST) k-ω model is suitable for simulating both sides of the yurt building, while the Reynolds Stress equation Model (RSM) is suitable for simulating the windward side, roof, and leeward of the yurt building. The enhanced wall treatment is appropriate for simulating the remaining sides of the yurt building while the standard wall function is appropriate for simulating both sides of the building.