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.     

双塔型高层建筑风压分布的数值模拟

双塔型高层建筑周围存在着较为复杂的绕流风场,其表面风压的分布是结构和覆面设计的依据。结合一双塔联体型高层建筑的周围风场和表面风压的研究,以Reynolds时均数值模拟的方法,采用k-εRNG湍流模型,对其风场和风压进行了数值模拟。模拟的风压结果与边界层风洞试验的测试结果进行了比较,两者之间吻合较好,表明通过数值模拟可较准确迅速地获得该类体型建筑表面风压分布的规律和特征。     

高层建筑标准模型脉动风压特性大涡模拟适用方法研究

为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度,基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法,分别为NSRFG（narrow band synthesis random flow generation）方法和CDRFG（consistent discretizing random flow generation）方法,进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照,在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上,详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异,并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨,检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示：在受来流直接作用的建筑迎风面,采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性;而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面,采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明,为了满足99.38%的保证率,CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5,侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。     

地貌对高层建筑(群)风效应影响数值分析

高层建筑(群)风效应与地貌条件相关,分析掌握其内在关系是建筑布局规划和抗风设计的重要前提。基于雷诺时均模拟方法(RANS),引入具有分离流预测优势的SST k-ω湍流模型,以某高层建筑单体及群体风场为对象,模拟4类地貌条件下的风效应场,侧重分析人行高度(2m)风速场以及建筑立面的风压分布特性。分析结果表明,地貌除对人行高度的风速场影响明显外,对高层建筑表面风压系数影响也较为可观,实际工程应适当考虑地貌效应。     

Study on suitable method to simulate fluctuating wind pressurecharacteristics of standard high-rise building model based on LES

为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度，基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法，分别为NSRFG（narrow band synthesis random flow generation）方法和CDRFG（consistent discretizing random flow generation）方法，进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照，在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上，详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异，并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨，检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示：在受来流直接作用的建筑迎风面，采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性；而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面，采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明，为了满足99.38%的保证率，CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5，侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。     

严寒地区住区室外风环境数值模拟研究

该文立足于优化建筑小区规划设计的理念,利用CFD软件模拟严寒地区住区在冬、夏季主导风向下的绕流风场,得到住区内人行高度处的风场分布,然后依据相关规范对小区的风环境进行了详细的分析,提出了有助于严寒地区小区规划的措施与建议.     

高层建筑对周围低层建筑的风环境影响研究

高层建筑的出现会改变其周围风环境,为研究高层建筑对周围低层建筑风场的影响,建立CAARC标准模型进行模拟并与风洞实验结果对比,验证选用的湍流模型、边界条件和建模方法的有效性;为重点研究高层建筑布局和高度的影响,将统计样本按照建筑布局分为4类并结合规范选取3种建筑高度进行数值模拟,分别得到居住区内风速、风速比分布图以及典型测点的最大风速曲线。通过对比居住区内最大风速、最大风速比和典型区域风速变化曲线发现:高层建筑邻近街道区域风速明显增大,迎风面拐角处风速增大现象尤其明显;高层建筑布局对风场分布形态有重要影响,对居住区最大风速影响不大,而高层建筑高度的影响与之相反。给出了当前边界条件不同高度比下的最佳高层分布情况。     

阳台对低矮房屋表面风荷载影响的数值模拟研究

采用大涡模拟(LES)方法,以长宽高之比为1.0∶1.0∶0.5的平屋盖建筑为对象,在建筑立面上引入阳台后,对不同风向角下模型表面的风荷载进行了数值模拟计算。通过与风洞试验结果的对比发现,大涡模拟能较好地预测建筑物表面的风压分布。在此基础上,重点探讨了不同风向角下立面阳台对建筑物表面风压和绕流风场的影响,同时考虑了不同来流风场条件的变化对阳台作用效应的影响。研究结果表明,立面阳台的引入会明显改变气流在建筑表面的分离、再附着形式,使得表面风压沿高度方向上的分布发生变化;引起的变化主要集中在建筑物的迎风面,特别是在迎风面最上面一排阳台及其以上区域;随着来流风向角的增加,阳台对建筑迎风面上风压的影响逐渐加大。     

高层建筑群绕流风场的数值计算

高层建筑物及其群体周围所引起的风环境问题正日益受到人们的重视。在人们日益关心人居环境的今天,有必要对高层建筑物绕流风场进行全方面系统的研究。本文采用标准k-ε模型的湍流模型对相邻高层建筑物之间的绕流流场进行计算,分析了相邻两建筑物之间的风速、风压等流场特征,讨论了建筑物间距等因素对风环境特性的影响,为城市高层建筑住宅小区设计提供了一定的理论参考和依据。     

来流湍流特性对双塔建筑风效应的影响

为了研究风场中来流的湍流特性对双塔建筑的气动力以及风致响应的重要影响,文中通过风洞同步测压试验,分别得到方形双塔在层流风场与湍流风场下的气动力,然后采用频域计算方法得出两个塔楼在不同风场下的风致响应。结果表明,来流中的湍流作用将极大地改变双塔的风荷载,在层流中两塔受到更大的平均风荷载,而湍流中将受到更大的脉动风荷载,同时在湍流风场下双塔结构的整体位移响应也会明显增加。     

七里河体育场罩棚风压分布数值模拟研究

以兰州市七里河体育场为工程背景,基于ANSYS-CFX 19.0软件平台,采用SST k-ω湍流模型对体育场罩棚12个风向角下表面风压分布特性进行了数值模拟,分析了风向角和周围建筑物对风压分布的影响,获得了罩棚表面风压分布的规律,并探讨了罩棚周围流场的绕流特性,最后根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的分区风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法。结果表明：周边干扰建筑物对体育场中心周围的风场和表面风压有明显的影响,数值模拟结果符合钝体绕流规律;风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同;屋面最大负风压区出现在沿风向的屋面前缘角部,且迎风向前端出现正压区,模拟结果可供实际工程采用。     

厦门市高层建筑群风场的数值风洞模拟分析

针对高层建筑群的风压、风荷载的分布问题,应用数值风洞方法模拟厦门市高层建筑密集区的风场,并根据数值模拟结果分析高层建筑群静力风效应的一些基本特点。分析结果表明:风场上游的高层建筑对下游的建筑有一定的遮掩效应;当建筑物之间间距较小时,容易产生狭缝效应;在建筑群的外围,迎风面平均风压力较大。同时根据上述分析结果,提出了一些具体的设计建议。     

基于CFD的750kV变电构架单钢管避雷针结构绕流分析

采用Fluent软件,对750kV变电构架单钢管避雷针结构进行了模拟风场下的绕流分析,获得了避雷针各节段在设计风速下的绕流特性、涡脱现象以及体型系数。分析结果表明:随着钢管直径的减小,避雷针绕流的涡脱现象增强,体型系数变大。设计风速下避雷针各节段体型系数数值模拟值与规范取值相差最小为4%。在750kV变电构架单钢管避雷针结构设计中,当钢管直径小于150mm时,为保证结构安全和正常使用,应对结构进行风振动力响应分析。     

带有楼顶钢塔的超高层建筑理论计算的风振响应研究

对高层建筑屋面的主体结构及其楼顶钢塔数值模拟了建筑物周围的风场及风振加速度响应,由测量的风场修正了来流湍流度剖面并模拟了作用在主体结构和楼顶钢塔上的非稳态气动力,用简化的方法进一步对结构进行风振响应时程分析并与实测的结果进行了比较。讨论了楼顶钢塔对主体结构风振响应的影响,所得的结论可为类似结构的抗风设计提供参考。     

基于流体有限元法与大涡模拟技术的建筑风场与风效应分析

把流线迎风Petrov-Galerkin(SUPG)稳定化方法和三步方法与动态亚格子模型相结合,建立了一种基于任意拉格朗日-欧拉描述、可用于结构周围风场特性和风压分布分析的动态亚格子大涡模拟方法,基于该方法并运用分区交替求解算法分析流固耦合相互作用问题。对流场的空间离散,采用速度和压力的同阶插值函数;对流场的时间离散,运用具有二阶精度的三步格式稳定化有限元方法。利用Newmark逐步积分方法计算结构域,运用弹簧近似法进行网格域网格更新。对结构风效应和结构周围三维风场绕流及其特性进行了数值模拟,归纳总结了结构风效应和三维风场绕流的一些规律。结果表明:就网壳算例而言,考虑流固耦合模型效应后可以得到更高的风压系数。     

稳态冲击射流作用下平地及坡地高层建筑的风荷载特性

现行规范的设计风荷载以普通大气边界层风场为主,其平均风剖面为指数型或对数型。下击暴流风场的典型风剖面与普通边界层风场差异很大。基于稳态冲击射流试验和数值模拟分析,考虑平地与坡地两种地形以及坡地坡度的影响,研究冲击射流风场中的高层建筑物表面风压分布特性与风荷载情况。风洞试验和数值模拟结果表明：冲击射流风场中建筑表面风压分布不同于大气边界层风场,迎风面最大风压出现在建筑下部;坡地上建筑物迎风面风压小于同等情况下平地上建筑物迎风面风压,而在侧面和背风面则呈现出相反的规律。对不同坡度坡地上的模型分析结果表明,随着坡地坡度的增大,建筑迎风面风压逐渐减小。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

非平稳风场模拟及闭口箱梁非平稳风压特性

非平稳极端风由强对流导致,因此与良态风相比具有强加速度、高相关性的特征。传统边界层风洞采用尖劈、粗糙元或格栅产生湍流风场,难以有效模拟极端风的大尺度突变风特征。对加拿大西安大略大学直流式风洞进行改造,通过开闭挡板快速改变流动方向,在试验段产生较大加速度的突增/突减风以及一维正弦脉动风。经测试,改造后风洞可有效地模拟高相关性极端风的突增、突降特性,并可产生频谱能量集中的一维正弦脉动风。突增风下的闭口箱梁断面表面风压将产生由风场时变静压导致的极值,断面极值风压分布为均匀流下绕流风压分布及梯度压强的叠加。     

外附网架对高层建筑立面围护结构风荷载影响研究

基于刚性模型表面压力测量风洞试验,对一外附网架且外形复杂的高层建筑立面上典型测点的最不利风压系数进行研究,分析外附网架和复杂周边环境的影响。试验结果表明,高层建筑立面上的最不利正风压系数在风向近似正对测点时发生,最不利负风压系数通常在来流风向与测点所在面大致平行时发生;外附网架使得建筑绕流的分离点向下游方向移动,这种效应在大曲率曲面或是边缘有尖角的面上作用很微弱,而在小曲率曲面上的作用则很显著;复杂周边环境对目标建筑的遮挡效应十分明显,目标建筑在受干扰时的气动力谱中,分布在高频区段的能量高于未受干扰的情况,这可能导致结构风振响应的共振分量增大。     

高层建筑风致扭转荷载的干扰效应研究

在相邻建筑物的干扰下,受扰高层建筑的风荷载与其在孤立状态下相比会有较大的变化。本文采用动态测力天平技术,通过模型风洞试验研究了方形截面高层建筑在周边另一个同样建筑的气动干扰下,其平均、脉动和峰值扭转风荷载的干扰效应,分析了建筑物间距、风场和风向角等参数的影响。研究表明,高层建筑扭转荷载的干扰效应很显著,B类风场0°风向角下,峰值扭矩干扰因子IFp可达2.1,45°风向角下更可高达3.5。最后通过分析受扰模型的基底扭矩谱讨论了上游建筑旋涡脱落的影响。