广播电视发射塔绕流场及表面风压特性分析

本文基于CFD数值模拟平台Fluent,采用完全结构化网格,选用SST k-ω湍流模型对广播电视发射塔的外流场进行了模拟,得到发射塔的绕流场和表面风压分布。对比风洞试验的表面风压系数,数值模拟结果除了部分测点在纬向角90°附近的压力系数相差较大外,其余位置与试验结果基本吻合。通过对流场迹线图分析研究,发现发射塔各圆台塔段均发生了不同程度的流动分离。基于发射塔的表面风压分布,得到了数值模拟各测点位置的体型系数,其值与高耸规范取值很匹配,较风洞试验结果偏安全。对于类似结构电视塔的初步设计或既有结构核算,可采用CFD模拟获取其风荷载计算参数。     

某高层多塔连体结构风荷载体型系数研究

以珠海某高层多塔连体结构工程为例，研究高位连接复杂多塔结构表面的风压特征与体型系数分布，为此类结构的抗风设计提供计算依据，保障结构安全。采用CFD方法对高层多塔连体结构及周围干扰建筑进行数值风洞模拟，分析不同风向角工况下结构主表面及局部构造处的体形系数，并与物理风洞试验结果以及规范值进行比较。结构迎风面的体型系数一般呈现中间大两边小的分布，多塔楼之间存在互相干扰作用；裙房处可能存在体型系数绝对值较大的情况，斜向气流在相邻表面易形成较大风压；相比于物理风洞试验结果，数值风洞模拟的结果与荷载规范值更为接近，且分布相对更为均匀；不规则高位连接体凹面处会产生较大的体型系数，但对整体结构的体型系数影响有限。在抗风设计过程中，多塔楼间的干扰作用及不规则高位连接体的影响应予以考虑。     

台风作用下悬挂网壳风荷载特性的数值模拟研究

为研究悬挂网壳结构在台风作用下风载荷的分布特性,应用Fluent软件和计算流体力学(CFD)技术,基于SST k-ω湍流物理模型和田浦湍流强度对其在不同台风工况作用下的风荷载分布规律进行数值模拟。通过分析不同风向角、不同仰角时网壳上、下表面风压分布的规律,对比数值模拟结果与GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中风载体型系数,得到在台风作用时数值模拟的平均风压系数大于规范中风载体型系数值。该结果对此类大跨度空间结构抗台风设计有一定参考价值。     

新荷载规范下高耸结构风振系数计算探讨

由于新版建筑结构荷载规范对顺风向风振系数作出了较大修改,本文对高耸结构设计规范中的相应问题进行了研究。首先,总结了新荷载规范对顺风向风振系数的修改要点,比较了新的风振系数表达式与原表达式之间的异同,分析了新规范共振响应因子R、背景响应因子B_z与旧规范脉动增大系数ξ、脉动影响系数v之间的关系。其次,通过数值计算研究了新荷载规范下高耸结构风振系数相关参数取值所受到的影响。然后,探讨外形不规则的高耸结构风振系数的计算。最后,提出了与新荷载规范形式相协调的高耸结构风振系数表达式,编制了相应参数的计算表格,并通过实例计算和时程分析进行了验证。     

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。     

不同风向下某多层建筑表面风压数值模拟

针对单体多层无开洞建筑房屋开展了CFD数值模拟表面风压研究,采用ICEM软件建立风场数值计算模型,采用雷诺应力湍流模型、UDF自定义风速入口函数以及一阶迎风函数来定义离散控制方程的对流项,对建筑房屋模型在7个不同风向角的风速作用下的表面风压系数进行了分析。得出建筑房屋迎风面和背风面在不同风向角作用下风压系数分布规律的区别,同时验证了数值模拟结果与相关风洞试验结果趋势一致,数值基本接近。针对串列布置两栋房屋的表面风压相互干扰效应开展CFD数值模拟,定量与定性地分析不同风向下的风致干扰效应对目标房屋与施扰房屋不同位置表面风压的影响。其结果对建筑房屋表面风压的分布规律研究具有参考意义。     

基于数值模拟的某通信塔风荷载体型系数研究

基于Fluent软件平台,采用混合网格进行划分,选用Realizable k-ε湍流模型对某移动通信塔的风场进行三维数值模拟研究,考虑风向角的变化,每隔15°模拟一次,得到通信塔各风向表面平均风压的分布结果:以此为基础,在塔体表面沿高度计算分段风压体型系数,将结果与现行规范进行比较分析并讨论模拟结果的合理性.研究分析表明,数值模拟得到风压系数随风向角的变化而变化,与规范取值吻合且略大于规范取值,为移动通信塔类结构风振计算提供合理的风压体型系数.     

山村低矮双坡屋面建筑风致响应比较研究

根据调查分析,建立单层双坡屋面建筑和两层双坡屋顶建筑的数值模型,模拟在主导风向下建筑风荷载的影响。通过与现有建筑结构规范的比较,得出了低矮房屋的风压分布系数的最大正负压系数,并指出屋顶负压区分布面积较大,为工程设计提     

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.     

带高耸中庭的某高层建筑风荷载体型系数研究

对某带高耸中庭的高层建筑进行了风洞试验,根据试验结果,计算并分析了建筑内环开敞与封闭两种工况下中庭内立面风荷载体型系数分布规律。研究表明,建筑中庭表面整体受负风压,体型系数随封闭程度升高而减小;封闭程度较高时,中庭表面体型系数在同一高度处相等,且建筑外环外表面风荷载体型系数分布不受中庭影响。     

应县木塔风压分布的风洞试验与CFD模拟研究

风荷载作用下高耸古木塔的结构安全在建筑遗产保护领域备受关注.为了研究古木塔风压分布特性,开展了应县木塔的1:50刚性模型风洞试验,并进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟分析.提出复杂中式高耸古木塔的几何建模与网格尺寸划分策略,并使用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方法对木塔的表面风压进行预测,分析木塔...     

部分预应力混凝土高耸结构截面刚度系数研究

对于部分预应力混凝土高耸结构,截面刚度系数与预应力水平、外荷载及截面配筋率等很多因素有关。由于高耸结构在外荷载作用下处于压(拉)弯状态,因此本文基于应力比定义预应力度,以应力比预应力度替代规范中的弯矩开裂系数,建立了环形截面刚度系数和预应力度的关系。通过实例计算结果,分析了刚度系数随预应力度的变化趋势。对于高塔结构,当λ大于0.4小于0.8时,刚度系数和预应力度可拟合为三次曲线关系;λ大于0.8时,塔身在正常使用极限状态下不会出现开裂;当预应力度λ小于0.4时,结构刚度系数提高不显著。为部分预应力高耸结构的设计提供了参考。     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

半球形干煤棚表面风荷载与干扰效应数值风洞研究

利用流体动力学软件对单体与成对出现的半球形干煤棚结构表面的风压分布进行模拟,与刚性模型测压风洞试验结果对比发现,数值风洞模拟结果能够较好地模拟结构表面的风压分布。根据数值风洞获得的表面风压值得到了无干扰与有干扰工况下的分区体型系数以及结构整体的阻力、升力系数,同时,讨论分区体型系数、整体阻力、升力系数随风场条件、风向角以及干扰条件的变化规律。     

特高压直流输电塔风荷载阻力系数的精细化试验研究

为了研究角钢输电塔的局部杆件和整体的风载阻力系数,采用高频天平测力试验获得了考虑干扰下横担和塔身主要角钢杆件随风向角变化的阻力系数,测试了不同风向角下塔身和横担的单片平面阻力系数和整体阻力系数,并分析了背风面降低系数的取值。在此基础上将试验结果与各国规范进行了比较。研究表明：局部杆件阻力系数受其位置变化而差异较大,大部分横担和塔身杆件的最大阻力系数值要大于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》建议值(1.3);横担的上下表面对其整体风荷载贡献明显,而我国DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》可能仅考虑了迎风和背风面风荷载而导致给出的横担整体阻力系数偏小;塔身的迎风面和整体阻力系数接近国外规范但略大于我国规范;试验得到的横担和塔身背风面降低系数分别为0.73和0.62;相比不同规范,我国规范的背风面降低系数取值偏保守。     

考虑风场干扰的喇叭形悬挑钢结构设计风荷载

为获得喇叭形悬挑钢结构的设计风荷载值,考虑临近建筑的风场干扰效应进行了数值风洞模拟。文章通过建立完整的风环境模型,采用非线性k-ε-EARSM湍流模型开展了数值风洞模拟,研究了流场特征、风压系数和不同风向角下建筑表面的风压及风荷载合力的变化规律。研究表明:在最不利风向角的迎风面上,结构悬挑部位内表面的风压系数在2.0左右,且结构受到明显的竖向升力作用;在其他风向角下,受周边建筑风场干扰影响,结构内外表面风压大都呈现相互抵消趋势。计算结果为风压系数,结合相关规范,为设计提供参考意见。     

国内外规范自立式高耸结构等效风荷载及响应比较

针对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》(2006年版)和GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》、美国规范ASME STS-1-2006、欧洲规范BS EN 1993-3-2:2006和CICIND模式规范(Revision 1-1999)等规范关于自立式高耸结构的风振响应计算方法进行了比较研究。对比了各规范中基本风速、风速高度变化系数、湍流强度等基本风特性和结构动力特性的简化计算方法,以及自立式高耸结构顺风向和横风向的风振响应计算方法。选用高度50m和90m的两座自立式钢烟囱作为算例,开展了顺风向和横风向风振响应计算方法的数值模拟对比分析。研究表明:在设计小阻尼、高柔的自立式高耸结构时,顺风向风振响应计算方法相对较为成熟,但气动阻尼的影响不可忽略;对于横风向风振响应,我国规范和欧洲规范(方法1)得到的结果相对偏小,同时,所有方法所得结果与实际观测均有一定的差距,设计时应谨慎选择横风向风振响应计算方法。     

上海世博会西班牙馆表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对处于设计方案阶段的上海世博会西班牙馆的表面风压及其周围风流场进行了计算分析,获得了该复杂体型建筑与典型规则钝体建筑所不同的风压、风荷载体型系数分布特性及周围风流场分布特点。在对不同风向角下的风压、风荷载体型系数分布规律的分析基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利区域的风压系数和风荷载体型系数分布曲线,为结构抗风设计参数的确定提出合理建议和依据。     

高层建筑风荷载特性数值模拟研究

为研究某超高层双塔结构风荷载特性,采用数值模拟技术对建筑周围流场、建筑表面风压分布以及风荷载体形系数进行了详细研究。结果表明,在建筑角部流场风速加速效应明显,双塔结构角部存在较大的负风压,层风荷载体型系数受风向角影响较大,被遮挡的塔楼整体层风荷载体型系数较小。数值模拟可以给出建筑风荷载及附近流场特征,为建筑结构设计提出合理建议。