双层类椭球冠形大跨屋面的表面风压数值模拟

基于计算流体动力学（CFD）数值模拟方法,对拟建双层类椭球冠形大跨屋面进行了表面风压分析,得到了其在不同风向角下的风压分布情况和速度流场分布趋势,并进一步给出了拟建建筑在最不利工况下的风压系数分布等值线。结果表明：双层类椭球冠形大跨屋面的最大正压区出现在迎风面的近地处及上下部交界处,而最大负压区则出现在侧面的上下部交界处和顶面;上下部交界处由于形成了凹角,很容易出现最大局部正负压区块,因此在结构抗风设计时需要进行局部加强。     

低层双坡房屋屋面风荷载的数值研究——坡角和高宽比影响的分析

为探讨屋面坡角和房屋高宽比对低层双坡屋面房屋的屋面风荷载的影响，采用数值模拟方法并结合足尺模型测试的验证，对一系列具有不同坡角和高宽比情况的双坡屋面房屋的屋面风压分布进行了参数分析.利用基于Reynolds时均方程和可实现的k-ε湍流模型的模拟方法，得到了不同几何外形的屋面平均风压的分布曲线，总结了屋面平均风压系数随高宽比、坡角变化的基本规律.结果表明,随着屋面坡角的增大，迎风屋面的风压绝对值趋于减小，背风屋面则趋于增大，推荐坡角为15°～25°；屋面风压随房屋高宽比的增大而增大.     

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值
模拟和分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型，采用具有良好适应性的四面体网格，
利用Fluent软件实现了流场的数值求解。通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现，屋面坡角和风
向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响，在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐
附近；屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大，迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小。在对
压力分布进行分析的基础上，还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法。     

被上游建筑遮挡的下游建筑表面风压CFD模拟的可靠性研究

研究城市通风或建筑风环境的主要目的是探索建筑之间和建筑内外的气流运动及污染物扩散规律,主要手段有风洞实验和计算流体动力学（CFD）模拟,后者相对前者的优点是易操作且成本低,但由于流体运动的高度不确定性,其结果的准确性存疑。在城市中,建筑之间的互相遮挡是主要特征之一,提取其中最基本单元,把两个建筑之间的遮挡问题分为上游建筑有孔（如穿堂风）与无孔两种情况,运用CFD中的雷诺平均模型（RANS）模拟下游建筑表面的风压,并与风洞实验进行严格对比,以讨论CFD方法在这一基本单元问题中的可靠性。网格敏感性分析显示,建筑表面最小网格为建筑高度的2%时,可获得可靠的结果。5种常用RANS模型的结果与风洞实验严格对比表明：RANS模型对模拟上游有孔遮挡的可靠性明显高于模拟无孔遮挡;RANS模型对于建筑上部的风压模拟结果普遍好于建筑下部;其中,SST k-ω模型准确性最高,在上游有孔时,平均误差11%,上游无孔遮挡时,则为16%。     

竖向肋条对高层建筑局部覆面风压的影响

为探究竖向肋条对高层建筑局部风压的影响,采用风洞试验方法研究不同肋条布置情况下高层建筑平均风压和脉动风压的分布特性,分析功率谱和POD模态的变化,探究竖向肋条布置后的风压非高斯性分布变化,最后给出不同工况极值风压系数。结果表明：肋条布置后迎风面的平均风压、脉动风压和极值风压均没有差异;而侧面肋条分界线上的前缘区域负压平均值、脉动值和极值风压有所增大,其余区域负压均减小;由POD可知对风场能量贡献最大为横风向气动力,肋条的布置使得一阶主坐标功率谱峰值降低,肋条分界线上的前缘区域位置的模态值增大较多;肋条布置后侧风面的非高斯性测点个数减少,背风面没有明显变化。其中半布和满布工况对局部风压特性造成的差异相差不大,说明中部的肋条对局部风压影响较小。     

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.     

切角措施对方柱风压非高斯特性的影响机理

为解释切角措施影响方柱风压非高斯特性的作用机理,以标准方柱和切角方柱为研究对象,在雷诺数Re=2.2×104条件下,采用大涡模拟方法研究了两种方柱的风压特性随风向角的变化规律,重点分析了角部措施对方柱表面风压非高斯特性的影响,并基于瞬时流场结构探讨了角部措施对方柱极值风压的影响规律及其流场作用机理.研究表明:方柱表面风...     

分水角对建筑物过流能力影响的成因分析

从水流运动的基本原理出发,由边界条件和流态变化所引起的水流结构、动力条件等方面的演变入手,针对分水角的变化对分水建筑物过流能力影响的成因进行了理论分析.通过资料分析和数学推演得出了分水角影响系数的计算公式,并对其精度进行了评价,给出分水角与影响系数之间的关系曲线,可供实际工程应用参考.弥补了传统做法的不足,对正确认识分水渠首附近水流的物理结构和物理本质具有重要意义.     

单体建筑高度对风压作用下自然通风的影响

目的分析风压作用下民用建筑的自然通风能力和不同高度建筑对风压作用下自然通风的影响.方法采用计算流体力学方法,对不同风速、不同高度条件下建筑风压作用下自然通风能力进行数值模拟,并通过实验数据验证方法的正确性.结果得到单体建筑风压差系数分布规律,其风压作用下自然通风外部条件最好之处为建筑高度的4/5处.建筑迎风面中部风压作用下自然通风效果好于建筑物两侧.风压差系数对风速变化不敏感.不同建筑高度风压差系数分布规律相似.结论本数值方法能够正确地反映建筑表面的风压分布;风压作用下自然通风效果随单体建筑高度增高而增大,随风速增加而增大.     

上游建筑孔洞特性对下游建筑自然通风潜力的影响及其CFD模拟可靠性

自然通风能有效降低室内污染物浓度,包括稀释生物气溶胶浓度,穿堂风是其主要形式之一。但在人口稠密的城市,建筑之间的遮挡作用会明显降低通风效果。以两栋建筑为研究对象,讨论上游建筑的9种情形,包括不同的开窗面积与位置,对下游建筑穿堂风潜力的影响。讨论一个来流方向、两栋建筑中心线在位于这个来流方向的直线上、间距为两倍建筑宽度的情形,分析基于稳态RANS模型（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）的CFD （Computational Fluid Dynamics）模拟风压的可靠性,结果显示,部分情形CFD模拟的可靠性不高。相对于上游建筑5%与10%的孔隙率,20%的孔隙率难以通过CFD模拟出下游建筑物的风压。风洞实验数据显示,下游建筑物的穿堂风通风潜力随上游建筑物开窗面积的增加而降低,这与一般认识相反。     

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.     

Wind tunnel testing of wind pressures on a large gymnasium roof

A wind tunnel test was conducted for a large steel gymnasium structure. Simultaneous pressure measurements were made on its entire ellipsoidal roof in a simulated suburban boundary layer flow field. Special attention is paid to the characteristics of fluctuating wind pressures in different zones on the roof. Some selected results are presented: 1) correlations between fluctuating wind pressures on both roof surfaces, 2) eigenvalues and eigenvectors of covariance matrices of the fluctuating wind pressures, 3) probability distributions of the fluctuating wind pressures, and 4) statistical characteristics of peak factor. Furthermore, the applicability of the quasi-steady approach is discussed in detail. Based on the results, an empirical formula for estimating the minimum pressure coefficients, using a peak factor approach, is presented. Comparison of the minimum pressure coefficients determined by the proposed formula and those obtained from the wind tunnel tests is made to examine the applicability and accuracy of the proposed formula.     

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。     

开孔大跨屋盖结构的内部风效应研究

结合广州航空邮件处理中心风洞试验研究了开孔大跨屋盖结构的内部风效应。分析了风致平
均内压和脉动内压的特性及产生机理，给出了估算平均内压和脉动内压的理论方法，并对典型工况的平均
内压进行了验算，试验结果与理论吻合较好。采用有限元时程分析方法对大跨网架进行了动力计算，探讨
了墙面开孔对屋盖风振响应的影响。结果表明，墙面开孔会大幅增加屋盖的静动力风荷载，以风压指标的
增幅来考虑开孔效应更具现实意义。     

沈阳综合体育馆大跨封闭屋盖平均风压数值模拟

为验证数值模拟在大跨封闭屋盖平均风压应用的可行性,采用数值模拟的方法对沈阳奥林匹克体育中心综合体育馆屋盖平均风载进行了分析,得到屋面上不同风向下的总升力与平均风压分布.分析了总升力随风向变化的规律性,并将平均风压分布与风洞试验结果进行了对比分析.可看出两种方法在三边有屋檐的屋面上的结果接近,说明数值模拟方法模拟封闲大跨屋盖的平均风压分布可行.通过悬挑边和圆弧边对比,可看出SST K-w湍流物理模型在计算以分离流为主的流场时,精度很好.最后研究了不同形式屋檐屋面上锥涡分布的特点.     

大跨度球形屋面风荷载取值及计算机辅助设计

以某火力发电厂封闭煤场的120 m跨度球形屋面结构为例,采用3种风荷载体型系数取值方法计算,同时利用计算机编程进行数据处理,并对计算结果进行对比分析,为类似工程设计提供必要的参考.     

大跨度柔性屋面建筑风振响应研究——突然开孔时的内压及屋面响应研究

研究了大跨度柔性屋面建筑在台风中门窗破坏产生突然开孔,风从开孔涌人引起的内压以及屋面响应问题.假定建筑物体积变化与内压成线性关系,推导了突然开孔时内压以及屋面响应的理论公式,并进行了大跨度平屋面气动弹性模型风洞试验.理论分析结果与试验结果符合较好,说明理论分析有足够的精度.研究结果表明,大跨度柔性屋面建筑突然开孔时有内压突然增大的现象,屋面呈现两个共振频率,屋面柔度能够增大系统阻尼,降低屋面响应,风速以及开孔面积增大时能增大屋面响应.