风荷载作用下围护结构表面风压分布及局部体型系数数值模拟研究

为了从围护结构风压分布和风荷载局部体型系数角度研究建筑围护结构抗风性能,基于计算流体力学方法(CFD),利用scSTREAM平台,分别采用k-ε,RNG k-ε湍流模型对CARRC高层建筑标准模型进行模拟,并将数值模拟与试验结果对比分析,验证scSTREAM平台模拟计算的可行性,表明RNG k-ε湍流模型具有更高的计算精度,因此,选择RNGk-ε湍流模型用做后续研究。然后分别建立不同风速、不同建筑体型的模型,研究其对围护结构风压分布、风荷载局部体型系数的影响。结果表明:围护结构风压分布及风荷载局部体型系数受风速影响很小,但随建筑体型改变有明显变化;对于不同高宽比、宽厚比的建筑,围护结构各表面风压分布有较大区别,且出现风荷载局部体型系数取值明显高于规范的情况指出了规范取值的不合理之处,以优化围护结构局部体型系数分区取值。     

不同风场下典型高层建筑风压分布的试验研究

通过不同边界层条件下的风洞试验,对典型高层建筑表面风压分布规律进行了对比研究。获得了不同风场下建筑幕墙表面的平均风压系数和峰值风压系数,评估了风场的改变对各种无量纲风压系数的影响。测试的结果可以为高层建筑幕墙设计提供依据,同时,也为其它高层建筑的抗风设计和风洞试验提供技术参考。     

高层建筑风载体型系数取值的探讨

采用计算流体动力学软件FLUENT,对不同截面尺寸和高宽比的高层建筑模型表面的平均风压分布进行了数值模拟,探索了上述因素对立面风载体型系数sμ的影响规律.在数值模拟方法获得平均风压系数的基础上,分别利用规范方法(体型系数取总体加权平均)和精确方法(体型系数沿立面变化)计算各模型的基底剪力Fx和基底倾覆力矩My,发现规范方法将会高估模型的基底剪力和基底倾覆力矩,使设计偏于保守.为了获得合理的风荷载,又能包络表面局部的最不利风荷载,根据sμ沿立面的分布和变化规律,提出了轮廓尺寸为100 mm×100 mm×600 mm的高层建筑模型(实际尺寸为50m×50m×300m)按立面分区和取值的建议.     

建筑物风压分布随侧风面长度变化的数值研究

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场，从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律，并对风压及风压系数进行数学回归，拟合风压系统分布公式，为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。     

波纹表面月牙形悬挑屋盖风荷载特性

为了研究某体育场波纹表面月牙形悬挑屋盖的风荷载特性以及屋盖表面波纹对风压的影响,对该结构进行风洞试验和计算流体动力学（CFD）分析.通过对风洞试验数据的统计分析,得到结构的平均风压、脉动风压、极值风压的分布规律和屋盖上下表面风压的相关性.基于波纹状模型的CFD数值模拟,研究发现屋盖波纹表面的波峰处风压明显大于相临的波谷处风压,而且大于光滑屋面相应区域的风压,所得这一规律可以推广到一般的波纹状悬挑结构.试验得到的极值风压可以换算成用于围护结构设计的阵风系数,在与现行规范进行比较后,给出针对该体型建筑围护结构设计中阵风系数取值的建议.将试验结果与已有研究成果进行了比较,并分析了波纹表面和建筑物阻挡对上下表面风压相关性的影响,发现悬挑结构的波纹状表面对上下表面的风压相关性影响较小,而建筑物阻挡对相关性影响较大.     

某会展中心建筑表面风压分布的数值模拟

基于ANSYS-CFX 13.0软件平台,采用SST湍流模型对某会展中心16个风向角下表面风压场进行了三维数值模拟,并利用自编程序对模拟结果数据进行处理,得到表面分块体型系数.结果表明,附近的干扰建筑物影响了会展中心周围的风场和表面风压,同时数值结果符合钝体绕流规律,可供实际工程采用.分别用简化公式和日本规范建议公式对建筑风振系数进行了估算,建议设计时采用日本规范建议公式计算结果.     

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．     

高层建筑风场的数值模拟和风洞试验结果比较

以中华城商业社区高层建筑群为工程背景,采用RNGk-ε湍流模型模拟了建筑群中超高层建筑的表面平均风压分布及周围风环境,计算了与风洞试验等雷诺数及增大来流风速和模型尺寸提高雷诺数后的两类雷诺数工况,并同风洞试验结果进行了对比。结果表明,在等雷诺数情况下,风洞试验和数值模拟得到的超高层建筑表面风压分布较为一致,数值差别在15%以内;数值模拟与试验雷诺数相差25倍的工况中,当多数建筑主轴向与来流风速成一定角度时,超高层建筑的风压分布及周围流场的数值模拟结果与试验较一致;当多数建筑主轴向与来流风速平行时,尾流中旋涡分布的数值模拟结果与试验差异明显,但平均风压分布的数值模拟与试验结果略显差别。     

十字形高层建筑风场数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent6．3,采用Realizable K—ε湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场的数值模拟,研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律,并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显;高宽比的变化仅对背风面及侧面的体型系数有较大影响,对迎风面体型系数的影响较小。     

高层建筑顺风向风振动力反应时程分析

采用了谐波叠加法模拟作用在结构上的顺风向脉动风压,同时为了能反映作用在迎风面不同点上脉动风压的相关特性,首先生成脉动风速互谱密度矩阵,然后采用三角分解法进行分解,再以此生成脉动风压作为输入脉动风荷载,采用Newmark方法计算结构的动力反应时程.对两栋高层建筑的风振反应时程计算结果表明,本方法得到的结构动力反应均方根值与建筑结构荷载规范中采用的谱分析结果有较好的吻合性;风振反应以共振反应为主,非共振反应值占次要的部分.这与谱分析法得出的结论也是一致的,说明了利用谐波叠加法模拟脉动风压时程的准确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的.     

规则巨型框架表面风压分布数值模拟分析

风荷载对于建筑物来说是一种非常重要的荷载,尤其对高层和超高层的结构设计起着决定性的作用.因此如何准确预测建筑物表面的风压分布,以便进一步研究风荷载对结构的作用就显得非常重要.采用风洞模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对规则巨型框架结构的表面风荷载进行了分析和研究.结果表明,采用数值模拟计算,不仅能够满足规则巨型框架结构的表面风压取值要求,而且可以完整地提供建筑物周围的风场环境,可为很多研究提供参考.     

湖州大剧院屋盖及幕墙的风荷载分布特性

基于湖州大剧院的风洞试验,分析了大跨曲面屋盖、雨棚和幕墙立面的平均风压与脉动风压的分布特性及影响平均风压与脉动风压相关性的因素,探讨了脉动风压的概率分布和相关性;并分别按规范和峰值因子统计方法,计算了用于玻璃幕墙设计的脉动风压,进行了相互比较,所得结论对复杂形状大跨屋盖结构抗风的整体设计和玻璃幕墙局部设计有参考价值.     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

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。     

利用人工植林削减古塔风荷载的风洞试验

高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分,也是中国古代木建筑的典范。外部风荷载作用是影响古木塔结构安全的重要因素,人工植林可改变古木塔的风场环境,实现削减风荷载作用并缓解风致结构损伤的目的。本文开展了古木塔的风洞试验研究,验证了人工植林技术削减古木塔风荷载作用的可行性。以中国山西应县木塔为原型设计并制作了1：50的大比例刚性木塔模型,开展了在树木遮挡下木塔的风洞试验,考察了木塔的表面风压分布特征。同时,计算了不同树木高度,树木距木塔距离和树木布置宽度等条件下木塔的层间力与层倾覆弯矩,并分析了基底剪力与弯矩的减小率。试验结果表明,在遮挡高度范围内,人工植林可有效减小木塔表面风压。同时在高于遮挡范围的侧风面与背风面,树木也会一定程度地降低木塔表面风压。人工植林树木高度是影响木塔风荷载削减效果的关键条件,树木越高风荷载减小效果越好。分析表明,人工植林应选择高大乔木,并布置在距木塔较近的区域,且树木布置宽度应尽量宽。本文通过风洞试验验证了利用人工植林削弱高耸古木塔的风压与风荷载的可行性,提供了缓解高耸古木塔风荷载作用及风致损伤的新思路,可为高耸古木塔的结构保护提供技术选择。     

某核电常规岛厂房风振计算及风荷载频域分析

分别在A类地貌和B类地貌中测得某核电常规岛厂房的刚性模型表面风压风洞试验数据。用频域方法计算了厂房屋盖风致动力响应。计算结果显示结构动态位移响应在不同地貌中差别较小。且正面迎风时结构风致动态位移均方根响应比斜向迎风时要小。分析了不同风向角下结构表面风压谱密度的分布,结构正面迎风时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在低频段;当风沿斜向作用时,结构表面风压谱密度函数能量主要分布在高频段。风压谱密度函数谱峰对应的折算频率与结构振型对应的自振折算频率一致时,结构风致动力响应将会增大。     

高层建筑周围行人高度风环境试验研究

通过缩尺比为1∶300的模型风洞试验,研究了在16个来流风向下某高层建筑建成前后周围的风环境的变化,结合当地的气象风速资料,分析了建筑物周围26个位置的行人高度风环境在坐、站、行三种情况下的舒适性状况,并根据试验结果提出了改善局部风环境的建议和措施.     

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．     

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.     

某体育会展中心大跨屋盖系统风荷载试验

介绍了某体育会展中心会展馆和体育场的大跨屋盖系统模型风洞试验的概况和主要试验结果,分析了挑篷上平均风压和脉动风压的分布,讨论了脉动风压对总设计风荷载的贡献,并对比了计算围护结构风荷载的规范方法和统计方法;结果表明,正面迎风时,体育会展馆和体育场屋盖边缘的平均风压和脉动风压系数均较大,采用规范方法算得的会展馆围护结构风荷载大部分小于采用统计方法算得的数值,而用规范方法算得的体育场围护结构风荷载均小于用统计方法算得的结果。