基于CFD技术的超高层建筑室外气动噪声的研究

自然风遭遇建筑物阻碍时会产生室外气动噪声.通过对佛山某超高层建筑设计方案室外气动噪声的模拟分析及对策研究,探讨了CFD(计算流体力学模拟技术)在建筑环境风噪问题研究中的应用,为超高层建筑设计过程中对室外风噪的预估与控制提供了方法借鉴和数据参考.     

基于CFD技术的超高层建筑室外气动噪声的研究

自然风遭遇建筑物阻碍时会产生室外气动噪声。通过对佛山某超高层建筑设计方案室外气动噪声的模拟分析及对策研究,探讨了CFD(计算流体力学模拟技术)在建筑环境风噪问题研究中的应用,为超高层建筑设计过程中对室外风噪的预估与控制提供了方法借鉴和数据参考。     

基于结构风荷载的超高层建筑体型参数优化研究

风荷载是超高层建筑结构设计的重要控制荷载,在超高层项目的前期方案阶段进行合理的体型比选和优化,有利于合理把控风荷载从而控制方案工程造价。本研究以高宽比、宽厚比和平面外形等因素作为变化参数设计一系列研究工况,借助CFD数值模拟手段进行模拟研究,分析各参数对主体结构的平均风荷载影响,研究表明超高层建筑的体型参数存在一定的合理区间范围,建筑方案设计阶段需要风工程师提前介入辅助开展抗风优化和选型工作。     

基于实测的超高层建筑烟囱效应模拟优化研究

为了精细化模拟不同优化措施对超高层建筑烟囱效应的缓解效果,以长沙某地标超高层建筑T1主塔(高度452 m)为研究实例,开展了两次冬季强烟囱效应的现场实测研究,获得了直达电梯在自然气象条件下强烟囱效应压差分布特性的实测数据;基于多区网络模型方法,编制了数值模拟程序HiSTACK,分析电梯的烟囱效应压差特性,并与实测结果对比;采用数值模拟分析三种缓解强烟囱效应的优化效果。实测结果分析表明:直达电梯厅门烟囱效应最大压差实测值达135.71 Pa,超过电梯系统抗压阈值,是导致电梯系统故障的直接原因;建筑抗烟囱效应设计考虑不周如建筑底部与裙楼空间多处联通、室内隔断设置不合理以及围护结构气密性差等,是导致该建筑发生强烟囱效应的主要原因。数值模拟结果显示:直达电梯压差分布和实测结果基本相符,验证了HiSTACK数值模拟程序的适用性和准确性;增强大厅层幕墙气密性、建筑顶部增设前室门和冷却电梯井道等措施可有效缓解电梯烟囱效应压差,可将最大烟囱效应压差降低18.3%~41.5%。     

超高层建筑环境性能模拟优化研究

本文基于几个典型超高层建筑的设计实践,从模拟研究辅助建筑设计角度,分析了超高层建筑在建筑环境性能方面经常遇到的设计问题,并基于上述问题提出了模拟在改善建筑环境性能提升的综合技术策略,以及与建筑形态、空间平面设计以及机电系统相结合,协同提升超高层建筑环境性能。     

偏转风场下方形截面超高层建筑风致响应与气弹效应研究

超高层建筑具有轻质高柔的特点,强风作用下其气弹效应明显;且水平风向角沿高度偏转,导致超高层建筑的风荷载和风致响应与不考虑风向偏转时有明显不同。为此,完成了风向偏转角为25°的偏转风场及其无偏等效风场下一方形截面千米级超高层建筑的气弹模型试验,基于试验所得的模型顶点加速度时程,结合Hilbert-Huang变换方法和改进的随机减量法识别了气动阻尼比,对比分析了风向角、折减风速和有无风向偏转对气动阻尼比、极值加速度、涡激共振临界风速和锁定区的影响规律,探究了偏转风作用下千米级超高层建筑的风致响应、气弹效应和涡激振动等特性。研究结果表明：风向角对气动阻尼比和极值加速度影响较大,会显著改变其变化规律和涡激共振临界风速;基于频域分析所得的涡激共振临界风速小于由气动阻尼比或极值加速度确定的涡激共振临界风速,表明后者所反映的涡激共振特性具有滞后性,将导致结构不安全;相比无偏等效风作用,偏转风作用下水平向气动阻尼比较大,结构的顶点极值加速度较小,角部极值加速度的最大降幅可达38.3%。     

超高层建筑施工中氨气抑制的数值模拟

针对超高层建筑施工中典型空气污染物氨气,运用CFD方法构建武汉中心三维立体模型,模拟标准k ε条件下自然通风和机械通风2种抑制措施对氨气浓度整体影响效果并确定其影响进深。结果表明:稳态下机械通风对降低模型整体氨气浓度效果有限,单个送风口沿送风方向影响进深约为6.1 m,垂直于风速方向约为1.2 m,且送风口影响进深随风速变化极小;自然通风对降低模型整体氨气浓度效果明显,进风口对氨气浓度影响进深约为17.5 m,随高度增加逐渐递增的进风速度在通风前15 s对氨气浓度影响明显,稳态时风速增加自然通风影响进深增加有限;施工中可主要采用自然通风抑制氨污染,幕墙封闭后可利用机械通风并辅以导风板等设施提高机械通风影响效果。     

某双塔楼超高层建筑平均风荷载及干扰效应数值模拟研究

采用Realizable k-ε湍流模型对某方形截面双塔楼超高层建筑平均风荷载进行了CFD数值模拟,并对其干扰效应进行了分析。首先,通过将CAARC高层建筑标准模型数值模拟结果与文献结果的对比,验证了本文数值模拟方法及参数的有效性。然后,进行了单体和双塔楼超高层建筑定常绕流数值模拟计算,分析了不同风向角情况下结构表面平均风压和基底气动力的特点,研究了两塔楼间的干扰效应,还通过流场显示对其柳理进行了分析。     

超高层建筑结构设计问题及优化研究

文中以广州市白云新城商务区某办公大楼为例,结合实际案例探讨超高层建筑结构设计问题的优化对策,以期提高超高层建筑结构质量。     

长沙远大天空城市建筑外形的借鉴意义

长沙远大天空城市为一拟建838m超高层建筑,该建筑从设计之初长期饱受冷眼与嘲讽,最终未能按原计划建成。该文从客观的角度,讨论了长沙远大天空城市大楼建筑外形的正面意义。包括其线条美感、力量美感和威严、庄重、神圣的文化韵味,及其与东方文化的完美契合。兼顾介绍了天空城市建筑外形的空气动力学优势。客观指出了天空城市建筑外形的艺术美感与力学性能的有机结合,以期为今后超高层建筑的外形设计提供借鉴。     

楔形超高层建筑风效应的大涡模拟研究

风荷载往往是超高层建筑结构安全性和舒适性的控制性荷载。本文通过大涡模拟技术并结合作者建议的一种新的湍流入口生成方法(NSRFG方法),对四种不同锥度的楔形建筑模型进行了风效应的数值模拟对比研究,以比较不同锥度对结构风荷载和风振响应的影响,及检验本文数值模拟方法的适用性。数值模拟结果表明,虽然不同锥度的建筑模型平均风压和脉动风压分布规律相似,但在结构响应方面,结构横风向峰值基底弯矩响应随模型锥度增大显著减少,表明采用适当锥度的体形可以有效地减小结构横风向气动荷载。本文数值模拟结果和风洞试验结果整体规律相符,表明结合改进的入流湍流生成技术的大涡模拟具有一定的精度,可以给超高层建筑气动外形优化研究提供有价值的参考。     

强风作用楔形超高层建筑的局部气动抗风措施研究

在边界层风洞中对4栋缩尺比为1∶600、高546 m的等截面、沿高度渐缩和切角的正方形平面高层建筑模型,以及对这些建筑的3个不同高度设备层角区进行敞开处理(局部气动措施)后的瞬态风压分布进行同步测压试验。对结构表面脉动风压场的分布特性、气动荷载沿高度分布、频域相干性、基底气动弯矩功率谱密度以及基底弯矩响应等进行详细分析比较。结果显示:局部气动措施可以显著消减横风向漩涡脱落频率附近的气动弯矩功率谱密度值,且对于平面切角后气动弯矩谱和漩涡脱落有关的残余能量部分同样有较为显著的消减效果,所采取的局部气动措施宜选在脉动风压场分布较强的结构中上部位置,建议选在0.6~0.8倍结构高度之间。风振计算结果显示在3个设备层角区均敞开的情况下可以分别使4栋建筑的100年重现期的横风向风致峰值基底弯矩减少25.7%、21.0%、24.9%和15.5%,且在结构实际自振周期与有限元分析得到的自振周期之比在0.60~1.35范围内时,所采取措施对建筑结构风致荷载消减效果在10%~32%之间。     

3栋典型超高层建筑气动荷载特性及风振控制措施

广州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高银117大楼(TJ117)是位于不同地域和外形特征不同的超高层建筑,其建筑高度分别为432.00、441.80 m和596.25 m,风荷载和居住者的舒适性是影响这3栋建筑结构设计的重要因素。采用模型的风洞试验方法分析对比这3栋超高层建筑的气动荷载特性,采用局部空气动力学措施(LAS)对其风振响应和风致荷载进行控制,并和采用调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较。结果表明：TJ117具有最佳的气动外形,GWT相比最差是由于其在敏感风向斯托罗哈数最高导致在100 a重现期风速处于涡激共振状态,从而使得采用LAS在GWT上的减振效果最好,且在控制风致荷载上LAS的控制效果甚至要略好于TMD方法,LAS对于GWT的10 a重现期加速度的控制在无干扰情况下可以接近TMD的控制效果,即使受到东塔干扰作用,其控制效果仍可达到TMD控制效果的40.5%,相比TMD实施所需的高成本,LAS是一种较为经济易行的方法。     

超高层建筑复杂结构模型转化技术

为了满足大型工程的设计和施工仿真需要,经常需要将不同设计模型相互转化到不同软件以满足设计和施工仿真计算的需要。结合工程实际,以超高层复杂结构设计模型为基础,寻找一种简单的方法将SAP2000结构设计有限元模型转化为ANSYS有限模型。经研究分析,采用分面分层转化方法,转化后只需运用APDL简单编程就可以实现模型的转化技术,从而提高工作效率,可供相关技术人员借鉴。     

基于CFD分析的超高层建筑钢结构体型优化研究

结合工程案例,阐述了CFD分析对超高层建筑抗风能力的结构优化设计.对建筑物进行初步设计,在CFD数据支持下对建筑物设计方案进行微调,使其达到结构力学要求,最终使其理论抗风能力由10级提高到12级,CFD分析对超高层钢结构建筑的结构力学设计有积极意义.     

超高层建筑爆破后非连续性倒塌模拟及爆炸模型研究

为了解超高层建筑物遇爆破情况下非连续性倒塌过程,基于颗粒流理论构建了超高层核心筒-框架结构建筑模型。同时为了实现非连续性的三维爆破模拟,采用新的能量分配方式以满足三维爆破需要。使用该模型在建筑底部三个特征位置进行爆破模拟,分析建筑坍塌过程的特征和原因。结果显示:B1爆破时建筑发生坐塌;B2爆破时建筑发生倾倒;B3爆破时建筑下部坐塌,上部倾倒,其直接原因各不相同。总体来说,坐塌原因应为核心筒发生破碎性破坏,倾倒原因应为核心筒发生断裂性破坏。最后得出建筑倒塌的地面影响范围。     

超高层建筑伸臂桁架连接时序优化模拟分析

超高层结构是目前大型复杂结构发展的热点方向,其结构体系很多采用外钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,并设有伸臂桁架加强层.由于钢结构外框筒和混凝土核心筒的材料不同,在施工期间的竖向变形也不同,过早连接伸臂桁架会给桁架自身带来较大的初始变形和初始内力,而过晚连接又可能导致结构刚度不完整,引起极端荷载条件下的结构安全问题...     

超高层建筑玻璃幕墙破裂对室内排烟影响研究

采用FDS对某超高层建筑标准办公层在不同排烟模式、环境风下玻璃幕墙破裂时的火灾参数进行分析.结果表明:机械排烟关闭时,室内排烟效果由高到低分别为无风下玻璃幕墙破裂、玻璃幕墙不破裂、有风下玻璃幕墙破裂.机械排烟开启时,室内排烟效果由高到低分别为玻璃幕墙不破裂、无风下玻璃幕墙破裂、有风下玻璃幕墙破裂.机械排烟关闭时人员的可...     

超高层建筑形态空气动力学优化方法应用综述

超高层建筑由于结构轻柔、阻尼小,使得其对风的作用格外敏感.建筑的空气动力学优化,是一种低成本且能有效控制超高层建筑在风作用下的变形和振动的方法.对空气动力学优化的方法进行了较为详细的归类.根据不同的形态特征,将高层建筑抵抗风敏感性的空气动力学优化方法分为选取合适的平面形状、沿高度变化调整平面以及改变局部形态三种.对各类...     

钢筋混凝土超高层建筑地震脆性分析的框架模型

提出了钢筋混凝土超高层建筑的地震脆性评估分析的框架模型和应用案例。对于这类结构，由于没有任何随机的脆性关系存在，本文工作填补了区域地震影响评估的空白。所提出框架模型的关键是发展了典型的复杂超高层建筑系统的简单集中参数模型方法。在ZEUS-NL环境中所构建的这个模型能够有效进行高层结构的动力响应序列分析，