基于分离涡方法的TTU标准低矮建筑风压特性研究

本文以TTU标准低矮建筑模型为研究对象,分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε以及分离涡模型对低矮建筑周边风场进行数值模拟.为较好满足大气边界层的自保持性要求,对RANS模型底部和顶部边界条件进行修正,确保建筑物与大气相互作用时来流条件基本保持不变,并由新的湍流脉动流场生成方法DSRFG模拟风场的湍流边界条件.在定常与非定常风场下分别计算分析不同湍流模型下低矮建筑周围的风场及风压分布规律,并将数值模拟结果与WERFL实测数据以及TJ-2风洞试验数据进行对比,验证了计算结果的可靠性.结果表明:RANS模型能够模拟出结构周围流场的一般特性,但对流场的湍流特性模拟效果不佳;相比RANS模型,分离涡模型能够较好地模拟出流场的湍流分布及结构背风处涡旋的分离脱落情况,模拟结果可为低矮建筑抗风设计方法提供论证依据.     

檐口形状对低矮房屋屋面风压分布的影响

基于计算流体动力学（CFD）和剪切应力输运（SST）k-ω湍流模型,对带不同尺寸檐口低矮房屋的屋盖风压进行了数值模拟计算.首先,对TTU建筑模型屋盖体型系数进行数值计算,并与其他文献的结果进行对比吻合较好,验证了本文计算方法和湍流模型参数选取的合理性.然后,基于此方法研究不同尺寸檐口对低矮房屋屋面体型系数分布情况,总结出檐口尺寸对屋盖体型系数变化的规律,优化其抗风性能,研究结果可为该类建筑的工程抗风设计提供参考.     

温州东海广场风荷载数值模拟与风洞试验研究

对温州东海广场工程这一具有较大截面长宽比的复杂高层建筑进行了风荷载数值模拟和风洞试验研究。首先,在工程预研阶段用数值模拟方法计算得到了主要风向角工况下结构表面的平均风荷载分布。然后,参考数值模拟计算结果,引导进行风荷载风洞试验的测点布置方案,进行风洞模拟试验研究。最后,将数值计算结果和风洞试验数据进行了对比,显示数值模拟计算和风洞试验结果两者吻合较好。研究表明,综合采用数值模拟和风洞试验研究,可以较为准确地把握复杂建筑结构的风荷载分布,这种方法有助于提高结构抗风研究的水平。     

大跨度结构风荷载的风洞试验和CFD数值模拟研究

针对某大跨度结构,进行动态测压风洞试验和风荷载数值模拟研究。通过风洞试验,给出了该大跨度体育馆屋面及四周立面表面的风压系数,并分析了风压分布的特征,为该工程的主体和围护结构抗风设计提供详细的风荷载数据。通过数值模拟研究,探讨复杂体型建筑表面平均风压CFD数值模拟的可行性,提出了应用于复杂工程CFD数值模拟时的网格划分方法,有效地减少了多个风向角时的建模工作量。计算结果表明,体育馆表面的风压与风洞试验结果基本一致;在局部区域存在较大误差。最后比较了网格密度、湍流模型对数值计算精度的影响。CFD数值模拟简洁、高效,能获得丰富的数据成果,可以用于复杂工程的平均风荷载研究。     

低层标模典型点处风压分布的CFD数值模拟研究

为研究低层建筑屋面风压分布,采用RNG K-ε湍流模型对TTU进行数值分析,通过将计算结果与实测模型及风洞实验数据进行对比,结果表明,斜向来流风会导致迎风面及屋面前缘区域来流分离现象严重,从而出现极大的负压,且分布不均匀,同时还说明CFD数值模拟可以较准确地预测来流风特性及实际结构的平均风荷载分布,以满足实际工程设计中应用的需要。     

Texas Tech University建筑模型龙卷风荷载试验研究

为了评估低矮建筑在龙卷风等局地强风下的风荷载，开展了几何缩尺比为1∶300的Texas Tech University(TTU)模型在物理模拟龙卷风气流下的外表面测压试验，研究不同位置与方位角下结构表面风压系数的均值、脉动值与峰值，以及结构的整体风力系数，并对比了低矮建筑结构龙卷风荷载与边界层风荷载的区别。结果表明：结构龙卷风荷载主要受切向气流和气压降作用影响，其大小随结构与龙卷风中心距离的不同而改变；当结构位于涡核半径时，所承受的局部风压和整体风力均达到最大，最不利值发生在近长边一侧的屋盖角部；结构表面中线上龙卷风荷载与边界层风作用下的荷载变化趋势具有一定相似性，但最不利荷载发生的位置有所不同。     

数值风洞在大跨屋盖结构风荷载确定中的应用

运用计算流体力学数值模拟技术对大跨屋盖结构表面风荷载进行了研究。对平屋面和曲面屋面表面风压分布进行了数值模拟。在此基础上,对大庆石油学院体育馆屋盖表面进行了风洞试验和数值模拟的对比研究,并对大射电望远镜FAST反射面的风压分布及其周围流场进行了数值模拟,为该工程的结构抗风设计提供了参考。     

典型低矮建筑表面风压数值模拟研究

风灾害导致建筑结构损毁所造成的损失十分巨大,而现行建筑荷载规范在此方面所能提供的条款内容有限,结构抗风设计缺乏足够的规范性指导。采用CFD数值风洞方法,研究低矮建筑标准模型表面风压在不同风向角的分布特性以及压力系数变化特性,为此类建筑的抗风设计提供参考。     

阻塞率对表面风压系数影响的数值模拟

以同济大学T J-2风洞模拟的缩尺比为1∶50的B类风场为目标,给出了基于标准k-ε湍流模型的数值风场.作为数值风场的一个应用,对TTU模型的定常绕流进行模拟,并与风洞试验以及现场实测结果进行比较,重点探讨了阻塞率对表面风压系数的影响.结果表明:对于TTU模型的屋顶和背风面,阻塞率增大可导致风压系数绝对值有增大趋势;对于TTU模型的迎风面,由计算域侧面引起的阻塞率增大,导致风压系数有减小趋势,而由计算域顶面引起的阻塞率增大,则导致风压系数有增大趋势.     

开洞对高层建筑静力风荷载的影响研究

立面开洞是建筑实践中的常见现象，至今，国内外有关洞口设置对高层建筑风荷载影响的研究还很少。洞口形状、位置及开洞率等都是影响建筑静力风荷载的因素，借助计算流体动力学(CFD)大型商业软件Fluent6．0，进行了大量的数值模拟分析，研究了相对风压和基底倾覆力矩系数与开洞率间的关系，给出了中部和下部开口情况下的相关方程。同时探讨了底部开洞情况下。洞内风速的增大效应与洞口大小和来流方向之间的关系。所得结论可供工程研究和抗风设计参考。     

带凹角矩形截面高层建筑风荷载体型系数研究

采用CFD技术,对典型带凹角矩形截面高层建筑在群体建筑干扰环境下的平均风荷载进行数值模拟研究。首先对CAARC标准模型进行了数值模拟,以验证本文计算方法及参数设置等的合理性。然后基于两个风向角下的数值模拟结果,分析了该建筑物主塔楼表面上各区域体型系数的分布特征,并与我国荷载规范和文献中风洞试验给出的值进行了比较;同时,还计算了顺风向风荷载。研究发现,迎风侧凹角处的体型系数会出现较大的负值,与规范取值差别较大,这也将使得计算出的结构顺风向风荷载明显降低,造成该结果的主要原因是在迎风侧凹角处产生了较强烈的分离流和漩涡。除了气动外形以外,周边建筑的干扰也会对体型系数分布造成不可忽视的影响。     

下击暴流的物理模拟及其在建筑抗风试验研究中的应用

为建立下击暴流物理模拟能力,研究了下击暴流作用下建筑物抗风安全性问题,建成了下击暴流模拟装置。装置能够提供稳定的均匀射流,并与冲击壁流模型相吻合,能有效地模拟下击暴流。将该装置应用于圆形截面高层建筑及低矮大跨厂房在下击暴流作用下的表面风荷载试验研究,试验结果表明:圆形截面高层建筑迎风面的最大平均风压系数出现在建筑中部高度附近,背风面及侧风面的平均风压系数均为负值,且侧风面负压随喷口风速的增加而增大。低矮厂房迎风面风压系数大体沿厂房中线对称分布,中间风压较边缘大;背风面负压由中间向两边递增,中间负压较边缘小;屋顶最大负压出现在迎风和背风屋顶结合处。     

基于大涡模拟的超高层建筑风振响应分析

计算风工程作为风洞试验的补充技术,已得到越来越多的应用,但是使用RNS方法进行非定常计算精度低,而大涡模拟可对大尺度漩涡直接求解,可以得到较精确的模拟结果。因此对超高层建筑进行了多工况的CFD大涡模拟,研究不同风向角下建筑表面风荷载的变化规律,并与风洞试验结果进行对比,简要阐述了建筑体型对风荷载的影响。将大涡模拟得到的非定常风压时程作为结构激励,采用频域法计算高层建筑的随机振动响应,根据惯性风荷载方法,求解结构的等效静力风荷载,并与风洞试验结果进行对比。对比分析表明,大涡模拟技术可以很好地模拟建筑表面风荷载,并可以克服测点布置、不同步测试带来的系统误差;频域法分析得到的等效静力风荷载与风洞试验结果基本一致,可以将本文方法计算得到的风荷载作为设计依据。     

杭州萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖风荷载的风洞试验与数值模拟研究

综合采用风洞试验和计算流体动力学(简称CFD)数值模拟方法,对萧山国际机场T4航站楼主楼屋盖表面风荷载进行了分析研究.首先,分析了屋盖表面典型位置的平均风压系数和脉动风压系数随风向角的变化规律,进而研究了具有较大平均和脉动风压系数的75°和270°风向角下,屋盖短轴中心位置和边缘位置截面测点平均风压系数随位置的变化情况;然后,研究了典型风向角下屋盖表面体型系数等值线云图,并给出了用于屋盖结构抗风设计的分块体型系数;最后,结合CFD数值模拟所得屋盖周围流场,分析了屋盖风荷载作用机理.结果 表明,来流在屋盖迎风边缘位置存在较为明显的流动分离现象,屋盖总体上处于流动分离区,导致屋盖总体表现为受到向上的风吸力作用;屋盖迎风边缘位置流动分离更为显著,因此该位置的风吸力也最大,比较容易引起屋盖的局部受风破坏.     

既有大跨度结构风荷载数值模拟研究与应用北大核心CSCD

随着城市发展进入存量建筑时代,如何准确分析既有大跨度结构的风荷载成为其整体安全评估的关键点.以深圳市民中心为例,利用ANSYS Fluent软件进行了多种工况下风荷载的数值模拟.基于数值模拟结果,研究了同条件下数值模拟和风洞试验结果的对比,周边建筑对数值模拟结果的影响,以及不同风向角下风荷载的分布规律.结果表明,CFD数值模拟方法合理,其相关参数满足后续仿真模拟的要求;周围建筑对风荷载有明显的影响,数值模拟时需要考虑;分布规律方面,建筑上表面主要受风吸作用,边缘区域风压系数普遍较大.本文结果验证了对既有大跨度结构风荷载进行数值模拟的有效价值和可靠前景.     

既有大跨度结构风荷载数值模拟研究与应用

随着城市发展进入存量建筑时代,如何准确分析既有大跨度结构的风荷载成为其整体安全评估的关键点.以深圳市民中心为例,利用ANSYS Fluent软件进行了多种工况下风荷载的数值模拟.基于数值模拟结果,研究了同条件下数值模拟和风洞试验结果的对比,周边建筑对数值模拟结果的影响,以及不同风向角下风荷载的分布规律.结果表明,CFD数值模拟方法合理,其相关参数满足后续仿真模拟的要求;周围建筑对风荷载有明显的影响,数值模拟时需要考虑;分布规律方面,建筑上表面主要受风吸作用,边缘区域风压系数普遍较大.本文结果验证了对既有大跨度结构风荷载进行数值模拟的有效价值和可靠前景.     

数值模拟引导下的建筑风洞试验研究

提出了采用"数值模拟引导下的风洞试验"这一新方法来研究复杂建筑结构的风荷载问题,并以内蒙古博物馆与乌兰恰特大剧院工程为例,介绍了这种方法的实现过程及其优点。通过在先进的数值模拟平台上建立适当的数值风洞模型,对建筑物在若干个主导风向角下的平均风荷载分布进行数值模拟仿真计算;参照计算结果,对结构的风压分布趋势作出科学的判断,找出最不利的风压分布区域,以对刚性模型测压风洞试验的测点布置方案进行优化,使试验能捕捉结构的最不利风荷载;最后将风洞试验结果与数值预测结果进行相互比较和验证,在此基础上给出静力风荷载的设计建议。工程应用表明,这种新方法指导的结构风荷载风洞试验研究更具有针对性,测点位置和数目得到优化而使试验方案更加合理,因此试验结果也更加可靠。     

筒形拱桥数值风洞模拟及体型系数研究

基于桥梁风工程及流体力学理论,探讨了网格尺寸、湍流模型和壁面粗糙度等对筒形拱桥表面风压特性的影响.通过对壁面粗糙度的模拟分析可知:随着壁面粗糙度的增大,背风面的涡旋增多,建筑背风面所受风吸力增大.将数值模拟结果与试验结果进行比较,验证了数值模拟的精确性和可行性.在此基础上采用最优模拟方法(SST k-ω,壁面粗糙度0.1),研究了椭圆形、圆形和矩形截面的拱形桥梁的抗风性能以及拱顶外凸平台对结构表面风荷载特性的影响,并给出各形状拱桥的局部体型系数,弥补了规范中关于此类拱形结构体型系数的空白.抗风性能最好的体型为椭圆形,其次是圆形,矩形相对较差.拱顶观光平台的存在可以有效减小拱上下侧面的风吸力,尤其对平台附近作用明显.     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。     

十字形超高建筑间距对建筑群的干扰效应影响研究

为研究十字形超高层建筑组成的建筑群的风荷载干扰效应,本文基于计算流体力学Realizable K-e模型,数值模拟了单体十字形超高层建筑和由十字形超高层建筑组成的建筑群在不同间距(24m、30m、36m)下的风环境及建筑表面风荷载,获得了其建筑表面风压、风荷载局部体型系数、等效静风基底弯矩及干扰因子等结果,将两者结果进...