数值风洞在山地城市规划建设中的应用

在山地地区,地形的影响使风场更加复杂化,高层建筑对于风荷载又极其敏感,因此在结构设计时需要精确考虑山地对风荷载和风致响应的影响。本文研究了数值风洞在山地风场模拟和高层建筑群抗风设计中的应用,对数值风洞在未来城市规划和建设中的应用进行了展望。     

上海陆家嘴区域建筑群风环境数值模拟研究

采用风洞试验和数值模拟相结合,对上海陆家嘴区域高度简化的建筑群风环境进行研究,重点对数值模拟方法的可靠性进行验证,同时还对风场类型对建筑群风环境的影响进行初步分析。结果表明：由于使用修正的壁面函数,来流边界条件得到较好的模拟,进一步提高了数值模拟方法的可靠性;地面附近D类风场的风速比大于B类风场的风速比。沿来流方向,建筑物迎风面的两侧以及两建筑物之间出现高风速比区域,而在建筑物上游和下游出现低风速比区域,这分别是由于分离流、沟道效应、驻点效应和遮挡作用引起的。     

高层建筑群行人风环境模拟与优化设计研究

高层建筑群的风环境品质,将影响地面行人的舒适与安全。本文采用CFD数值模拟方法,对中国建筑科学研究院(CABR)新建科研大楼与原科研楼组成的高层建筑群的室外风环境问题,进行了详细的数值模拟和方案优化设计研究。首先,利用作者提出新的边界条件数学模型[1-4],准确模拟边界层风场,根据数值模拟计算得到的主导风向角下的速度场分布,结合本地常年风速风频气象统计资料,对重点关注的两座大楼之间的主出入口通道等区域行人风环境舒适性进行了定量评估。其次,配合建筑设计,进行了室外风环境优化设计数值模拟研究,详细比较和分析了楼前增设广告牌等风环境改善措施的效果。本文的研究将为采取有效的技术措施以改善该项目的建筑风环境品质,以及类似工程问题提供参考。     

自然气流条件下单、双栋建筑三维风场对比模拟研究

在建筑结构特别是高层结构中,风荷载对结构的安全性与适用性有重要影响。为探究风荷载对高层建筑的影响以及周边建筑的风场绕流特性,采用数值模拟的方法,在标准k-ε模型的基础上,对单栋建筑和双栋相同尺寸的建筑静态绕流风场进行了对比分析,得出了建筑物表面风压分布及周围建筑的风场分布情况,为城市的中高层建筑规划、风环境评估以及高层建筑设计提供了理论依据。     

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.     

不同风向作用下的建筑群风环境研究

高层高密建筑群是现代城市发展的典型特征之一,其内部形成的独特微环境(尤其是行人高度)直接影响居民的生活质量,因此评价行人高度的风舒适性以及分析风环境形成原因是建筑群风环境的重要研究内容。对同济大学彰武路校区宿舍群行人高度的风环境进行了实测和基于标准K-ε湍流模型的数值模拟,并依据风舒适理论对建筑群风环境进行了分析。研究表明,当建筑群总体朝向与来流方向一致时能实现高质量的建筑群风环境,但街谷文丘里效应使建筑群局部环境的风舒适性难以保证。     

基于风环境数值模拟的住宅区规划设计优化研究

城市住宅小区内的建筑风环境状况是营造宜居居住空间的重要环境因子。以常州某一住宅小区规划设计方案为例,运用计算流体力学Airpak软件中的RNG k-ε湍流模型,对规划初期形成的方案A与基于风环境影响优化推导基础上形成的优化方案B这两个方案的建筑群进行了风环境数值模拟;通过比较分析近地面1.5m处风速、风压差、空气龄等风环境评价指标的风场效应模拟效果,归纳和验证从总体空间布局到建筑形态布局不同尺度建筑群空间组合关系产生的微气候风环境作用效应。本研究对于居住区规划风环境优化提供方法支撑,为构建健康舒适的小区风环境提供理论指导。     

高层建筑风环境探析

城市高层建筑发展带来了不舒适的风环境问题,通过对高层建筑风环境影响因素的分析和调查研究,提出对高层建筑群不利风环境的相应改进措施。     

高层结构抗风分析

采用标准k-ε湍流模型,对处于C类地貌风场中多栋复杂体型高层建筑组成的建筑群通过流体力学计算软件fluent进行风场数值模拟,计算得出了群楼周围的流场分布.群楼模拟同单栋模型结果对比可知,实际工程中相邻建筑的相互干扰对结构受到的风力产生不可忽略的影响.     

复杂体型高层建筑风压分布及干扰效应数值研究

基于Fluent6．2软件平台,采用Reynolds平均法（RANS）对复杂体型高层建筑群的表面风压分布及干扰效应进行数值模拟分析,并通过CAARC标准模型检验文中数值方案与参数选择的合理性;以此为基础,在建筑物表面计算分块体型系数,将其结果与现行规范进行比较分析,得出了一些有意义的结论。     

高层建筑三维非定常风场并行计算的数值模拟

为了分析风洞试验中观测到的高层建筑模型尾流有规律的漩涡脱落现象,基于计算流体动力学软件CFX和消息传递接口(MPI),利用局域网搭建了并行计算平台,实现了单台计算机无法实现的高层建筑三维非定常风场数值计算。采用剪应力模型(SST)进行数值计算,捕获到了高层建筑尾流的漩涡脱落现象,并与风洞试验数据做了比较。结果表明,三维非定常计算获得的高层建筑表面风压变化规律,较之三维定常和二维非定常计算所得的风场,能更真实地反映风场流动情况。     

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。     

广州合景大厦所受风荷载的特点

合景大厦体型复杂，在数值模拟与风洞试验结果比较的基础上，主要用数值风洞模拟方法研究了该大厦所受风荷载的特点。通过多种方案的计算分析发现：大厦屋顶大面积悬臂结构对总体风荷栽影响较大，但开口后可适当减小悬臂结构上的平均风荷栽，也可大大减少其脉动风压；弧形墙侧边悬臂结构对整体风荷栽的影响小，但应重视其局部风压的取值；大厦弧形表面可有利于减小迎风面的最大平均风压，而周围环境对舍景大厦风荷载的影响很大。     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

高层建筑等效静态风荷载的确定

风荷载是强风区高层建筑的主要侧向控制荷载,确定脉动风荷载是高层建筑结构设计的需要。借助于高频动态天平试验和风压测量试验,分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考。     

外凸式矩形高层建筑风压研究

针对外凸式矩形高层建筑结构外形复杂且其风荷载值无法通过建筑荷载规范直接获得的情况,以丝绸之路世界贸易中心外凸式矩形高层建筑为研究对象,通过风洞试验获得其风荷载值,并与规范给出的矩形结构体型系数进行对比,总结外凸式矩形建筑结构风荷载规律。基于Fluent软件,选用不同湍流模型,对外凸式矩形高层建筑进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验结果进行比较,验证数值模拟方法的可行性。结果表明:该高层建筑迎风面的体型系数与规范接近; 背风面底部区域的体型系数比规范值大约70%,其他区域与规范值接近; 侧面体型系数均大于规范值,且最大负压出现在侧面; 对于外凸式矩形高层建筑结构,外凸结构风压较相邻区域增大,凹进结构的风压较相邻区域减小; 体型系数沿高度方向变化较大,凸出结构为迎风面时,其下方相邻区域体型系数比规范值小近50%; 数值计算结果与试验数据整体趋势基本一致; Realizable k-ε模型的数值模拟结果要优于Standard k-ε模型; 对于矩形高层建筑,凸出结构为迎风面时,其相邻上部区域和背风面下部区域风荷载不仅受凸出结构的影响,而且还受到凸出结构宽度的影响,其对体型系数的影响幅度为±20%之间。     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

开洞矩形截面超高层建筑局部风压风洞试验研究

基于一栋立面上有多个开洞的矩形截面超高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,分析了矩形截面超高层建筑在长边立面上不同开洞工况下建筑各表面平均风压系数和最不利风压系数的变化规律。试验结果表明:当建筑长边迎风时,开洞使得背风面洞口附近的平均风压系数绝对值增大,但迎风面上的平均风压系数变化很小;当建筑短边迎风时,开洞对洞口附近的平均风压系数和最不利正风压系数均只有微弱影响,但对其最不利负风压系数却有很大影响,特别是中部开洞,将使其周围的最不利负风压系数增大一倍以上;开洞对短边立面上的最不利风压系数不产生明显的影响。为有结构开洞的高层建筑洞口附近的围护结构设计提供了参考数据。     

高层建筑水平悬挑遮阳板风荷载的风洞试验研究

高层建筑悬挑遮阳板等小尺寸构件直接承受风荷载作用,在强风作用下的安全性备受关注。相对于建筑的整体尺寸,悬挑遮阳板很小,难以在缩尺模型上直接模拟,因此在实际工程的风洞试验研究中常常被简化或者忽略。研究中利用3D打印技术制作了精细化的有悬挑遮阳板的高层建筑风洞试验模型,并在打印遮阳板模型时直接预留测压管道,分析了水平悬挑遮阳板的风压分布规律及遮阳板对建筑立面风压的影响,并对基于建筑立面风压的悬挑遮阳板风压估计方法的估算误差进行了评估。研究结果表明：高层建筑水平悬挑遮阳板的最不利净风压的最大值出现在顶层遮阳板处;水平悬挑遮阳板的存在能较大程度地削弱建筑立面上的最不利负风压;悬挑遮阳板最不利风压可利用其上下两侧附近建筑立面测点的风压差近似估计,但对于建筑立面边缘附近的悬挑遮阳板端部以及建筑底部附近的最底层悬挑遮阳板上的最不利风压,这种方法的估算误差较大。     

基于风洞试验的高层建筑钢结构风致加速度研究

对钢结构高层建筑群中的典型狭长形建筑进行了表面风压的风洞模型试验,分别考虑了建筑为单体和群体的情况。利用试验获得的风荷载时程对该高层结构进行风振响应的动力时程分析,并着重对得到的与风致舒适度关联的加速度响应进行分析和讨论,对比群体效应对顺风向、横风向和扭转向峰值加速度的不同影响。结果表明,对于平面为狭长形的住宅钢结构高层建筑,扭转效应引起的风致峰值加速度不容忽略;而群体效应一般对结构的加速度呈增大趋势,而且对横风向及扭转向的增大程度通常大于对顺风向的程度。